工程地质及土力学土的渗透性及渗流.pptxVIP

第1页/共71页工程地质及土力学土的渗透性及渗流第2页/共71页3.1 概 述土是一种三相组成的多孔介质。其孔隙在空间互相联通。当土中不同位置存在水头差时，土中水就会在头差作用下，通过土中孔隙从水头高的位置流向水头低的位置。水透过土体孔隙的现象成为渗透(percolation) 土具有被水透过的性能称为土的渗透性(permeability)。水在土体孔隙中的流动问题称为渗流(seepage)。土的渗透性对土的强度、变形和稳定都有非常重要的影响。所以，必须对土的渗透性质、水在土中的渗透规律及其与工程的关系进行很好的研究，从而给土工建筑物和地基设计、施工提供必要的资料。 第3页/共71页板桩维护下的基坑渗流坝身坝基中的渗流水井渗流图3.1 渗流示意图沟渠渗流第4页/共71页土的渗透性研究主要包括以下三个方面：渗流量问题:基坑开挖或施工围堰的渗水及排水量计算、土坝渗水量计算、水井供水量或排水量计算等。渗透破坏问题:土中渗流会对土颗粒施加渗透力，当渗透力过大时就会引起土颗粒或土体的移动，产生渗透变形，甚至渗透破坏。如滑坡、溃坝、地下水开采引起地面下沉。渗流控制问题：当渗流量或渗透变形不满足设计要求时，要研究如何采取工程措施进行渗流控制。 第5页/共71页管涌的治理蓄水反压反滤围井反滤倒渗第6页/共71页3.2 土的渗透性3.2.1 渗流基本概念水在土中渗流是由水头差引起的。总水头p: 水压总水头压力水头位置水头水头差水力梯度第7页/共71页3.2.2 土的层流渗透定律 — 达西定律v = k i式中：v — 水在土中的渗透速度，cm/s，是在单位时间内通过单位土截面(cm2)的水量（cm3)。i — 水力梯度。k — 渗透系数，cm/s，表示水通过的难易程度，可由试验确定。达西定律中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 。第8页/共71页第9页/共71页3.2.3 渗透试验及渗透系数常水头渗透试验室内渗透试验确定渗透系数k 的方法变水头渗透试验抽水试验现场试验注水试验经验值：各种土的渗透系数参考值第10页/共71页1. 室内渗透试验测定渗透系数所以式中：q—单位时间的透水量, cm3/s Q—透水量, cm3 t —透水时间,s v —渗流速度, cm/s A—透水断面积, cm2k—渗透系数, cm/si —水力梯度常水头渗透试验Δh —水位差，cmL —渗流路线长, cm适于渗透性较强的土第11页/共71页试验装置第12页/共71页土试料的透水量=测压管中水下降的体积所以变水头渗透试验适于渗透性较差的黏性土第13页/共71页试验仪器第14页/共71页2. 现场测定渗透系数r观察井r2抽水量Qr1dr试验井dhh2hh1地下水位≈测压管水面不透水层所以现场抽水试验第15页/共71页3. 影响渗透系数的主要因素土粒粗、大小不均匀、形状越圆滑，K就大；含细粒时，随细粒含量增加K急剧下降。土的粒度成分土越密实，K越小。土的密实度一般情况下，饱和度越低，土中孔隙含气泡越多，K就小。土的饱和度细粒土扰动土样与击实土样的K小于原状土样的。土的结构土的构造影响很大。K与水的重度及粘滞度有关，水温影响重度和黏滞度，20oC为测K的标准水温。水温第16页/共71页各种土的渗透系数参考值各种土的渗透系数及测定方法第17页/共71页H5. 成层土的等效渗透系数水平成层土由达西定律所以因为各层的水力梯度相等特别透水土层和特别不透水土层对整个土层渗透性的影响如何？又整个土层总的单位渗水量qn为各土层单位渗水量之和第18页/共71页H垂直成层土由达西定律因为整个土层的总水头等于各土层水头之和特别透水土层和特别不透水土层对整个土层渗透性的影响如何？所以又整个土层总的单位渗水量qy与各土层单位渗水量相等第19页/共71页水平成层土的平均渗透系数将取决于最透水土层的厚度和渗透性垂直成层土的平均渗透系数将取决于最不透水土层的厚度和渗透性第20页/共71页第21页/共71页第22页/共71页第23页/共71页第24页/共71页3.3 土中二维渗流及流网3.3.1 二维渗流方程稳定渗流：渗流场中水头及流速等要素不随时间改变的渗流。1、连续方程流入单元体的流量：z流出单元体的流量：0yx微元体中水的流动第25页/共71页2、拉普拉斯方程根据达西定律，对于各向异性土：设土中水的流动各项同性（kx=ky=kz= k)且k为常数，得（拉普拉斯方程）第26页/共71页对于X—Z平面内的二维渗流，有各向异性土：各项同性土：（拉普拉斯方程）第27页/共71页3、等势线和流线设复变函数根据正则条件得即满足二维拉普拉斯方程第28页/共71页所以同理两式相乘得即流线与等势线正交。第29页/共71页等势线与流线正交与等势线类似的山的等高线第30页/共