第2章：土的渗透性与土的渗流概要.ppt

第2章：土的渗透性 一、概述 土是具有连续孔隙的介质。当土作为建筑物的地基和直接用作建筑材料时，水就会在水位差的作用下，从水位较高的一侧透过土的孔隙流向水位较低的一侧。 上图是水利工程中的闸基，在上游水位压力差的作用下，水将从上游河底进入闸基地基，沿地基土中的孔隙渗向下游，再从下游河床逸出。 基坑工程 上图为软土地基深基坑施工时常用的防渗、护壁围护结构，在开挖基坑的过程中，通常是基坑外土层中的地下水位高于基坑内水位而形成水头差，地下水将通过坑外土层绕过板桩渗入坑内。 典型事故 ＊典型事故 2003年7月1日凌晨发生的上海轨道交通4号线塌方事故，直接经济损失1.5亿元左右 ，3栋建筑物严重倾斜，黄浦江防汛墙局部塌陷并引发管涌 。 事故发生段为地铁董家渡段的两条隧道之间的一条狭小连接通道，即旁通道 ，靠黄浦江260米处。 事故发生原因： （1）竖井与旁通道的开挖顺序错误； （2）冷冻设备出现故障导致温度回升； （3）地下承压水导致喷沙。 三方面不利因素遇在一起，最终导致了事故的发生。 渗透的定义及土的渗透性 水透过土体孔隙的现象成为渗透 土具有被水透过的性能称为土的渗透性 水在土体中的渗透，一方面会造成水量的损失，影响工程效益；另一方面将引起土体内部的应力状态的变化，从而改变水工建筑物或地基的稳定条件，严重时还会酿成破坏事故。 土的渗透性的强弱，对土体的固结、强度以及工程施工都有非常重要的影响 渗流中的水力坡度 水头：单位重量的水体所具有的能量 伯努力方程 因土的渗流速度一般很小 水力坡降（水力梯度） 第二节 土的渗流理论 对渗流作如下二方面的简化： 为了使渗流模型在渗流特性上与真实的渗流相一致，它还应该符合以下要求： (1) 流量相等：在同一过水断面，渗流模型的流量等于真实渗流的流量； (2) 压力相等：在任意截面上，渗流模型的压力与真实渗流的压力相等； (3) 阻力相等：在相同体积内，渗流模型所受到的阻力与真实渗流所受到的阻力相等。 ① 直立圆筒。横截面积为A ，上端开口。在圆筒侧壁装有两支相距为L的侧压管。 ② 滤板。滤板上填放颗粒均匀的砂土。 ③ 溢水管。水由上端注入圆筒，多余的水从此溢出，使筒内水位维持一恒定值。 ④ 短水管。渗透过滤板的水从此流入⑤。 ⑤ 量杯。计算渗流量q。 同时读取断面1-1和断面2-2处的侧压管水头值h1、h2，得到两断面之间的水头损失△h= (L+h1)-h2。 2、达西定律的适用范围 达西定律的适用范围——密实粘土 渗透系数的确定 渗透系数k是综合反映土体渗透能力的一个指标，其数值的正确确定对渗透计算有着非常重要的意义。 影响渗透系数大小的因素: (1) 土体颗粒的粒度成分(形状、大小等)和矿物成分； (2) 土的结构构造； (3) 水的粘滞性。 要建立计算渗透系数k的精确理论公式比较困难，可通过 试验方法或经验估算法来确定k值。 常水头法 常水头法就是在整个试验过程中，水头保持不变，试验装置如图 用量筒和秒表测出某一时刻t内流经试样的水量V，即可求出流过土体的流量，再根据达西定律求解k 常水头试验适用于透水性较大(k 10-3cm/s)的土，应用粒组范围大致为细砂到中等卵石 变水头法 当土样的渗透性较差时，由于流量太小，加上水的蒸发，使量测非常困难，此时宜采用变水头试验测定k值。 变水头法在整个试验过程中，水头是随着时间而变化的，试验装置如图，试样的一端与细玻璃管相接，在试验过程中测出某一时段内细玻璃管中水位的变化，就可根据达西定律求出水的渗透系数。 变水头试验适用于透水性较小(10-7cm/sk10-3cm/s)的粘性土。 变水头法 设玻璃管的内截面积为a，试验开始以后任一时刻t的水位差为h，经时段dt，细玻璃管中水位下落dh，则在时段dt内流经试样的水量 [例2-2]设变水头试验时，粘土试样的截面积为30cm2，厚度为4cm；渗透仪细玻璃管的内径为0.4cm，试验开始时，水头高为160cm，经时段7分25秒，观测得水头高为为145cm，试验时水温为20℃，试求试样的渗透系数。 2.现场测定法（粗颗粒土或成层的土 ） 裘布依公式 现场抽水试验公式（裘布依公式）推导 3.经验估算法 4. 成层土的渗透系数 垂直渗透系数 结论 对于成层土，如果各土层的厚度大致相近，而渗透性相差悬殊时 第三节 流网及其工程应用 工程中涉及渗流问题的常见构筑物，如坝基、闸基及带挡墙（或板桩）的基坑等这类构筑物有一个共同的特点是轴线长度远大于其横向尺寸，因而可以认