[工程科技]2土的渗透性.ppt

第二章 土的渗透性 * * ☆ 概述 ☆ 土的渗透性 ☆ 二维渗流与流网 ☆ 渗透力和渗透变形 孔隙水 在水头差作用下 渗透：水透过土 体孔隙的现象 渗透性：土允许 水透过的性能称 为土的渗透性 造成水量损失，影响工程效益 引起土体内部应力状态的变化，从而改变水 土建筑物或地基的稳定条件，甚者还会酿成 破坏事故 本章将主要讨论水在土体中的渗透 性及渗透规律，以及渗透力、渗透变 形等问题。 概述 渗流量 渗透变形 土石坝 防渗斜墙及铺盖 浸润线 透水层 不透水层 土石坝坝基坝身渗流 概述 渗水压力 渗流量 渗透变形 透水层 不透水层 基坑 板桩墙 板桩围护下的基坑渗流 概述 渗流量 透水层 不透水层 天然水面 水井渗流 漏斗状潜水面 Q 概述 渗流量 原地下水位 渗流时地下水位 渠道渗流 概述 概述 Teton坝 概况： 土坝，高90m，长1000m，建于1972-75年，1976年6月失事 损失： 直接8000万美元，起诉5500起，2.5亿美元，死14人，受灾2.5万人，60万亩土地，32公里铁路 原因： 渗透破坏－水力劈裂 概述 Teton坝 1976年6月5日上午10:30左右，下游坝面有水渗出并带出泥土。 概述 Teton坝 11：00左右 洞口不断扩大并向坝顶靠近，泥水流量增加 概述 Teton坝 11:30 洞口继续向上扩大，泥水冲蚀了坝基，主洞的上方又出现一渗水洞。流出的泥水开始冲击坝趾处的设施。 11：50左右 洞口扩大加速，泥水对坝基的冲蚀更加剧烈。 Teton坝 概述 概述 11:57 坝坡坍塌，泥水狂泻而下 Teton坝 概述 12：00过后 坍塌口加宽 Teton坝 概述 洪水扫过下游谷底，附近所有设施被彻底摧毁 Teton坝 失事现场目前的状况 Teton坝 概述 土的渗透性 一、达西定律 1856年法国学者达西砂土的渗透性进行研究 结论： 水在土中的渗透速度与试样的水力梯度成正比 v=ki 达西定律 水力梯度，即沿渗流方向单位距离的水头损失 土的渗透性 二、达西定律适用范围与起始水力坡降 达西定律 讨论： 砂土的渗透速度与水力梯度呈线性关系 密实的粘土，需要克服结合水的粘滞阻力后才能发生渗透;同时渗透系数与水力坡降的规律还偏离达西定律而呈非线性关系 ib 起始水力坡降 虚直线简化 达西定律适用于层流，不适用于紊流 v=ki i v O 砂土 0 i v 密实粘土 土的渗透性 水头：单位重量的水所具有的能量。 水力梯度（坡降） 总水头线 总水头＝势水头＋压力水头＋动水头 土的渗透性 三、渗透系数及其确定方法 渗透试验（室内） 时间t内流出的水量 1.常水头试验————整个试验过程中水头保持不变 适用于透水性大（k10-3cm/s）的土，例如砂土。 土的渗透性 四、影响渗透系数的因素 1.土粒大小与级配 细粒含量愈多，土的渗透性愈小，例如砂土中粉粒及粘粒含量愈多时，砂土的渗透系数就会大大减小。 2.土的密实度 3.水的动力粘滞系数 同种土在不同的密实状态下具有不同的渗透系数，土的密实度增大，孔隙比降低，土的渗透性也减小。 动力粘滞系数随水温发生明显的变化。水温愈高，水的动力粘滞系数愈小，土的渗透系数则愈大。 4.土中封闭气体含量 土中封闭气体阻塞渗流通道，使土的渗透系数降低。封闭气体含量愈多，土的渗透性愈小。 ?T、?20分别为T℃和20℃时水的动力粘滞系数，可查表 土的渗透性 H1 H2 H3 H Δh k1 k2 k3 x z q1x q3x q2x L 五.层状地基的等效渗透系数 1 1 2 2 不透水层 水平渗流 条件: 等效渗透系数: qx=vxH=kxiH Σqix=ΣkiiiHi 土的渗透性 H1 H2 H3 H Δh k1 k2 k3 x z 五.层状地基的等效渗透系数 竖直渗流: v 承压水 条件: 等效渗透系数: vi = ki (Δhi/Hi) 土的渗透性 水平渗流情形 垂直渗流情形 条件 已知 等效 推定 五.层状地基的等效渗透系数 一、渗透力 渗透力和渗透变形 渗流力的特征与计算 渗透力具有以下特征： (1)渗透力是一种体积力，量纲为KN/m3 (2)渗透力与水力坡降成正比j= i (3)渗透力方向与渗流方向一致。 当渗流场中各个网格的水力坡降ii求得后，应用式j＝ i可确定 单位渗透力ji= i；网格总的渗透力Ji=jiaili；其方向与流向一致。 整个流场的总渗透力矢量J即为各网格渗透力的矢量和。 渗透力和渗透变形 二、渗透变形 基本类型 流土 管涌 土工建筑物及地基由于渗流作用而出现的变形或破坏 形成条件 防治措施 渗透力和渗透变形 二、渗透变形 粘性土k1k2 砂性土k2 坝体