第二章土的渗透性.ppt

第二章 土的渗透性 2-6 孔隙水应力和有效应力 太沙基有效应力原理： 把通过粒间的接触面传递的应力称为有效应力。 定义： 研究平面总面积A；粒间接触面积As；孔隙水面积Aw＝（A－As） 第二十九页，共四十三页，2022年，8月28日 第二章 土的渗透性 图为浸没在水下的饱和土体，设土面至水面的距离为h1,土的饱和容重为γsat ，则土面下深度为h2的a-a平面上的总应力为 二、在静水条件下水平面上的孔隙水应力和有效应力 第三十页，共四十三页，2022年，8月28日 第二章 土的渗透性 由此可见，在静水条件下，孔隙水应力等于研究平面上单位面积的水柱重量，与水深成正比，呈三角形分布； 有效应力等于研究平面上单位面积的土柱有效重量，与土层深度成正比，也呈三角形分布，而与超出土面以上静水位的高低无关。 其中，孔隙水应力为 于是，根据有效应力原理，a-a平面上的有效应力为 第三十一页，共四十三页，2022年，8月28日 第二章土的渗透性 第一页，共四十三页，2022年，8月28日 第二章 土的渗透性 2-2 达西渗透定律 一、渗流的基本概念 水头： 根据伯努利(Bernoulli)方程，有 水在土中流速很慢，则 水头差： 第二页，共四十三页，2022年，8月28日 第二章 土的渗透性 2-2 达西渗透定律 二、达西渗透定律 由于土体中的孔隙一般非常微小，水在土体中流动时的粘滞阻力很大、流速缓慢，因此，其流动状态大多属于层流。 著名的达西(Darcy)渗透定律： 渗透速度： 或 渗流量为： 第三页，共四十三页，2022年，8月28日 第二章 土的渗透性 不同的土，渗流速度与水力梯度之间的关系也不同。 砂土如图（a），为过源点的直线。 对粘性土： 对砾类土和巨粒土，有 第四页，共四十三页，2022年，8月28日 第二章 土的渗透性 必须指出，求出的渗透速度是一种假想的平均流速，因为它假定水在土中的渗透是通过整个土体截面来进行的，而实际上，渗透水仅仅通过土体中的孔隙流动，实际平均流速要比假想的平均流速大很多。 它们之间的关系为： 第五页，共四十三页，2022年，8月28日 第二章 土的渗透性 三、达西渗透定律的适用条件 只有当渗流为层流的时候才能适用达西渗透定律。 达西渗透定律的适用界限可以考虑为： 满足达西渗透定律的土的平均粒径: 也就是说，对于比粗砂更细的土来说，达西渗透定律一般是适用的，而对粗粒土来讲，只有在水力坡降很小的情况下才能适用。 第六页，共四十三页，2022年，8月28日 第二章 土的渗透性 2-3 渗透系数的测定 渗透系数的大小是直接衡量土的透水性强弱的一个重要的力学性质指标。 一、实验室内测定渗透系数 就原理而言，可分为：常水头试验和变水头试验。 （一）常水头法 是在整个试验过程中，水头保持不变。 常水头法适用于透水性强的无粘性土。 土的渗透系数： 下页所示为基马式渗透仪 第七页，共四十三页，2022年，8月28日 第二章 土的渗透性 2-3 渗透系数的测定 （二）变水头法 在整个试验过程中，水头是随着时间而变化的。 变水头法适用于透水性弱的粘性土。 土的渗透系数： 或 下页为南55型渗透仪 第八页，共四十三页，2022年，8月28日 第二章 土的渗透性 2-3 渗透系数的测定 二、现场测定渗透系数 在现场打一口试验井和1~2个观测孔，根据观测孔与试验井的距离和各自的水位，可以得到： 或 第九页，共四十三页，2022年，8月28日 第二章 土的渗透性 三、影响渗透系数的主要因素 （1）土的粒度成分 （2）土的密实度 （3）土的饱和度 （4） 水的温度 （5）土的结构 （6）土的构造 第十页，共四十三页，2022年，8月28日 第二章 土的渗透性 四、成层土的渗透系数 天然沉积土往往由渗透性不同的土层所组成。对于与土层层面平行和垂直的简单渗流情况，当各土层的渗透系数和厚度为已知时，我们可求出整个土层与层面平行和垂直的平均渗透系数，作为