渗流流土和湿化.pdf

第二章 渗流、流土和湿化 土中通常含有水，土中含水量的变化及土体中水的流动对土特性的影响非常大。有时 这种影响可能会带来灾难。水对土特性影响的直观理解为：土的含水量小时，土比较硬， 土中适当含水可使散粒土颗粒粘合在一起，使其具有一定的粘结强度，但当土的含水量过 大时则会变软。当水在土中流动的比较急时，有些情况下，水会带着土颗粒一起流动，发 生塌方、泥石流及流土等灾害。岩土工程的很多事故均与水有关，水对土的影响是一个绝 对不可忽视的问题。本章首先以地下水面以下水的流动为中心进行讨论，然后讲述从地表 面到地下水面这部分水的作用。 首先，怎样理解地下水的流动呢，水是在土的孔隙中流动，本章假定土颗粒骨架形成 的孔隙是固定不变的。并且认为，在孔隙中流动的水是具有粘滞性的流体。也就是说，把 土中水的流动，简单地看成是粘滞性的流体在土烧制成的陶磁管似的刚体的孔隙中流动。 这种思考方法，在被称为达西定律的试验中反映出来。达西定律是土中水运动规律的最重 要的公式。这个公式采用了“水是从水头（总水头）高的地方流向低处”这一水流的基本 原理。根据达西定律和连续方程，再考虑边界条件，一般的渗流问题都可以得到解决。即， 可以求出土中水的流量（渗流量）及土中水压力的分布。 而地下水位以上的水，也就是从地表面到地下水面范围内的水是怎样运动的呢？本章 简单介绍由于水表面的张力引起的毛细作用，学习非饱和土性质和土体湿化的基本概念。 2.1 达西定律 一、贝努力定律 所谓贝努力定律是指水的流动符合能量守恒原理，如果忽略不计由摩擦等引起的能量 损失，则贝努力定律可以用下式表示。 2 v u +z + h 常数 （2.1 ） 2g γw 式中,v2/2g 是速度水头 (v ：流速，g ：重力加速度) ，z 是位置水头（从基准面到计算点的 高度），u/ γ 是压力水头（u：水压，γ ：水的重度），三者的和称为总水头，因为土中的 w w 水的流速小，速度水头项忽略不计时 u z + h （2.2 ） γw 所以土中水流动的时候，是从位置水头 z 与压力水头 u/ γ 的和，即总水头（称之为 w 势）h 高的地方向低的地方流。常说的“水从高处向低处流”，在这里不只是位置水头z ， 1 还应该加上压力水头 u/ γ，应该理解成为水从总水头（势）h 的高处向低处流。 w 图2.1 土中的水头和水的流动 在图 2.1 中,位置水头 z z ，可是总水头（势）h h ，所以，水是从图中的点 1 流向 1 2 1 2 点 2 。图中点 1，2 处立的管子叫做测压管，从测压管的底部到水头的高度是压力水头， 从基准面（可以适当的确定）到计算点的高度是位置水头。压力水头可以用 u/ γ 表示， ω 所以，如果要求土中的水压力（孔隙水压）u，可以设测压管，根据测压管知道压力水头， 压力水头乘以水的重度γ 就得到水压力。在图 2.1 中，h =h +△h，所以 ω 2 1 -△h =h -h