三：土的渗透性及渗流.pptVIP

3.1 概述 渗透或渗流---土空隙中存在的水当有水头差作用时，水通过土中空隙的流动。 3.2 土的渗透性 法国工程师H．达西（Darcy，1855）对均匀砂进行渗透试验，得到层流条件下土中水渗透速度与能量（水头）损失之间的关系，即达西定律。 达西定律：单位时间内的渗出水量 q 与圆筒断面积A和水力梯度 i 成正比，且与土的透水性质有关。 v：渗透速度（cm/s或m/s） q：渗流量（cm3/s或m3/s） i: 水力梯度，沿渗流方向单位距离的水头 损失，无因次 h: 试样两端的水位差，即水头损失 L: 渗径长度 K: 渗透系数（cm/s或m/s,m/d） A: 试样截面积（cm2或者m2） 按照达西定律求出的渗透速度是一种假想的平均流速 ，它假定水在土中的渗透是通过土体截面来进行的。实际上 ，水在土体中的实际流速要比用达西定律求出的流速要大得多，如均质砂土的孔隙率为 n，则他们之间的关系为 达西定律中采用的渗径长度并不是渗流的实际长度，土中渗流的实际长度要大于计算长度。 流速与水力梯度的关系－砂土 * 第三章：土的渗透性与渗流 本章的主要内容： 达西定律； 渗透系数的测定方法； 渗流力。 在重力作用下，地下水的流动（土的渗透性问题） 土中附加应力作用下孔隙水的挤出（土的固结问题） 表面张力作用下，土的毛细现象； 土颗粒的分子引力作用下结合水的运动，冻结时的土中水分的移动； 基本概念 渗透---土中水从土中孔隙中透过的现象称为渗透。 渗透性---土体具有被水透过的性质称为渗透性； 渗流---水在土孔隙中的流动问题称为渗流。 渗透与渗流的基本问题： （1）渗流量问题 （2）渗透破坏问题 （3）渗流控制问题 工程上常见的渗透与渗流问题 ※ 基坑、隧道开挖过程中的渗水； ---基坑、隧道的涌水、淹没等 ※ 挡水土坝的渗水； ---水量损失、土坝跨塌 ※ 地下水的污染； ---水体污染 ※ 地下水的开采； ---地面沉降、开裂等 渗流与渗透 防渗墙 水在土中的渗透速度和试样两端水面间的水位差成正比，而与渗径长度成反比 参数与定义 适用：中砂、细砂、粉砂等，粗砂、砾石、卵石等粗颗粒不适用 公式应用的假定 达西定律的适用条件 达西定律是描述层流状态下渗透流速与水头损失关系的规律，渗流速度 v 与水力坡降 i 成线性关系只适用于层流范围。在土木工程中，绝大多数渗流，无论是发生砂土中或一般的粘性土中，均介于层流范围，故达西定律均可适用。 砂土的水力梯度与渗流速度呈线性关系，符合达西渗透定律。 流速与水力梯度的关系－粘土 对于密实的粘土，由于吸着水具有较大的粘滞阻力，因此，只有当水力梯度达到某一数值后，克服了吸着水的粘滞阻力以后，才能发生渗透。我们将这一开始发生渗透时的水力梯度成为粘性土的起始水力梯度 ib 粘性土不但存在起始水力梯度，而且当水力梯度超过起始水力梯度后，渗透速度与水力梯度的规律还偏离达西渗透定律而呈非线性关系。为方便，用虚直线来描述密实粘土地渗透速度与水力梯度的关系，用以下形式表示。 流速与水力梯度的关系－粘土 流速与水力梯度的关系－砾土 在粗粒土中（砾、卵石等），只有在小的水力梯度下，渗透速度与水力梯度才呈非线性关系，而在较大的水力梯度下，水在土中流动进入紊流状态，渗透速度与水力梯度呈非线性关系，此时达西定律同样不能适用。 渗透试验与渗透系数 k 的测定 渗透系数 k 是反映土的渗透能力的定量指标，也是渗流计算时必须用到的一个基本参数。它只能通过试验直接测定。 室内试验 常水头试验---试验过程中水头保持不变,适用于透水能力强的砂质土 变水头试验---试验过程中水头随时间变化，适用于透水能力弱的粘性土 现场试验------适用于不易取样的土或土层 室内渗透试验---常水头试验 适用于测定透水性大的砂性土的渗透系数。 室内渗透试验---变水头试验 适用于测定渗透性很小的粘性土的渗透系数。 现场试验 在现场进行渗透系数k值测定时，常用现场井孔抽水试验或井孔注水试验的方法。对于均质的粗粒土层，用现场抽水试验测出的k值往往要比室内试验更为可靠。 影响渗透系数的因素 a.土的性质对 k 值的影响 粒径大小与级配；孔隙比；矿物成分；结构；饱和度。 尤以前两项，即粒径大小和孔隙比对k的影响最大。 b.渗透水的性质对 k 值的影响 水的性质对渗透系数k值的影响主要是由于粘滞度不同所引起。温度高时，水的粘滞性降低， k值变大：反之k值变小。 厚度等效 渗透系数等效 层状地基的等效渗透系数 大多数天然沉积土层是由渗透系数不同的层土所组成，宏观上具有非均质性。 层状土层 单一土层