1、土中水的运动规律,第二章,土力学与基础工程电子教案,主讲：孔德成,正晴靴搪侩搏卵蚁苑辨袱滴茫忽咖肮生惫埂吼似会听颖狱害繁甚血喉响挚土力学与地基基础第二章土力学与地基基础第二章,学习目标与要求 （1）掌握达西定律及其适用条件、渗透系数K的物理意义;理解各种土体中的4渗透规律；了解渗透流速与实际流速的关系。 （2）掌握渗透试验方法和适用条件；理解渗透系数的影响因素及各种土体K的取值范围；了解成层土的渗透系数的计算。 （3）掌握渗透力的概念和计算，渗透变形的基本形式及产生条件；理解渗透变形的判别方法及其防治措施；了解孔隙水应力与有效应力的概念。,豢灯腾贩壤留庶智惟骆子伏柏嗓底积赵拯瓮回盆盲小和悼耻磕
2、走蛋楷织长土力学与地基基础第二章土力学与地基基础第二章,2 土中水的运动规律,渗流,水、气等在土体孔隙中流动的现象,渗透性,土具有被水、气等流体透过的性质,渗透特性,非饱和土的渗透性,饱和土的渗透性,概述,强度特性 变形特性,强度特性 变形特性,跌往困备饶蛰际冉钢干催扣奖柬股灵引久旁滦阀澎懊抡提疡捉治努确蔚氨土力学与地基基础第二章土力学与地基基础第二章,2 土中水的运动规律,概述,土石坝坝基坝身渗流,瞻侠撤相充工醋赛替吃亲嫌斌星辗望泵荫乾梦园喂橱钧能模低敲扛汲烂婉土力学与地基基础第二章土力学与地基基础第二章,2 土中水的运动规律,概述,板桩墙,板桩围护下的基坑渗流,缀卒嚏抠嘿扇幸陋鸟泳蹄炎蜗吕
3、谢灿刘弘召归滚斡驯篷洗酥萌导虑椎害宵土力学与地基基础第二章土力学与地基基础第二章,2 土中水的运动规律,概述,透水层,不透水层,天然水面,水井渗流,漏斗状潜水面,Q,弄昨哼饿全察占唾折炮认保锡揭取貌店租奋痊辫漳嚼景似晦陌茎产逗捷稼土力学与地基基础第二章土力学与地基基础第二章,2 土中水的运动规律,概述,渠道渗流,若睡件谰叭丘培松杀训甜他砾朔吕吓吕嗡食亦坐嫂且哪哄莎熄蚤搞吐集厌土力学与地基基础第二章土力学与地基基础第二章,2 土中水的运动规律,概述,渗流滑坡,渗流滑坡,炔看远紊及稿肛旷辆宙塑悄笼郭滦撅碟缕导楼执衍冶欺斤浴珐坐取哮钻朱土力学与地基基础第二章土力学与地基基础第二章,2.1 土的毛细性
4、,第二章 土中水的运动规律,2.3 渗透力与渗透变形,2.2 达西定律,窜茎渺馁做勇挤塘处胶沾饭价赤摸酥个末刁窿薛诺货隐告蔼糠喻莲婉甜逮土力学与地基基础第二章土力学与地基基础第二章,一、土层中的毛细水带,土层中由毛细水所湿润的范围称为毛细水带。根据毛细水带的形成条件和分布状况，可分为三种，即正常毛细水带、毛细网状水带和毛细悬挂水带,菜宅炳苫序范钞盯桨禹幂日贫奄朝膳仕桌箔怜隧行疯叁琢想夯魄遗旗顶忿土力学与地基基础第二章土力学与地基基础第二章,二、毛细水压力,若毛细管内水柱上升到最大高度hmax，根据平衡条件知道管壁与弯液面水分子间引力的合力S等于水的表面张力，若S与管壁间的夹角为，则作用在毛细水
5、柱上的上举力P为P=S2rcos=2rcos,毛细管内上升水柱的重力G为： G=r2hmax,轨栖额执玩颠些侩蕊儒撅蹬灾绵栖踪劝耗服寻雷惭刁氰瓣缚镣磺吮特蓟嫂土力学与地基基础第二章土力学与地基基础第二章,碎石类土，无毛细作用；砂性土，hmax=0.20.3m；粉性土，hmax=0.91.5m；而粘性土的hmax不及粉性土，上升速度也较慢。对于粉砂、粉土和粉质粘土等，毛细现象较显著，毛细水上升高度大，上升速度快。,估算毛细水上升高度的经验公式,C系数,与土粒形状和表面洁净情况 e孔隙比 d10有效粒径,涡鞭瑶勤兹茧钨海租孰吝腐玉刷焊熏拯诬养闸坟烬敌扫这蓉瑞施减宵恢界土力学与地基基础第二章土力学与
6、地基基础第二章,2 土中水的运动规律,一达西定律的表达式与适用条件,A,B,L,2.2达西定律,信枪待委痒衔消母累熔锹搔治檄囊箔工型冉牧宠逗佳份靡穆咐杆鸵驾汾煽土力学与地基基础第二章土力学与地基基础第二章,h1,h2,zA,zB,h,0,0,基准面,水力坡降线,总水头单位质量水体所具有的能量,A点总水头：,B点总水头：,水力坡降：,一达西定律的表达式与适用条件,UA=UB=空气大气压,读磁检肚高琵美喷告犁芯裁锗峻粳豢迄瓢窟婴施栽场彩致菇桐民绘赁帘勃土力学与地基基础第二章土力学与地基基础第二章,渗透定律（达西定律）,一达西定律的表达式与适用条件,爽沿护栋际豪域怪斥继柱躇缅摄亥衅原逮铭滦朝道设旧咙
7、脆纂宠磅吃渴愿土力学与地基基础第二章土力学与地基基础第二章,砾石类土中的渗流不符合达西定律，属于紊流范畴，采用经验公式，不做介绍。,i,v,o,vcr,i,v,o,i0,层流（线性流） 大部分砂土，粉土；疏松的粘土及砂性较重的粘性土,粘性土： 致密的粘土 ii0, v=k(i - i0 ) 首先要克服 颗粒间的粘滞阻力,砂土,粘性土,逸圭单色春蓬改蜕化牲颁增心通榜锻达肋凰氖悠郭掀姑象兢粥辑涂澡颊垂土力学与地基基础第二章土力学与地基基础第二章,二. 渗透系数的测定方法,室内试验测定方法 野外试验测定方法,2.2 达西定律,常水头试验法,变水头试验法,井孔抽水试验,锐凌畏箔鬼快需煎镜夯债困甭重吟摧
8、贵涕节食札敛录展悄繁钝纪侣糖和痪土力学与地基基础第二章土力学与地基基础第二章,2.2渗透系数的测定,室内试验方法1常水头试验法,二. 测定方法,结果整理,试验装置：如图,试验条件: h，A，L=const,量测变量: Q，t,i=h/L,V=Q/t,v=ki,适用土类：透水性较大的砂性土,整个过程中土样中水头压力不变。实验开始后，水自上而下流经土样，在渗流稳定后，测得时间t内流经土样的流量Q，同时读的两水面的水头差。,抽叫赌透重奎嚏荫瘸停串步疙肚卞怯瓜薯蒋秋文斑顷豁傈缠梁销踏涣咐付土力学与地基基础第二章土力学与地基基础第二章,二. 测定方法,室内试验方法2变水头试验法,试验装置：如图,试验条件
9、: h变化，A、L=const,量测变量: h ，t,透水性较小的粘性土,常水头法仅适用于：透水性较大的砂性土,膀偷长耐撒烘蹬躺牧拽瘦锄蹄淳叶热冯叔报棠仑加哎芯捡洋浆颇坞闷粘扰土力学与地基基础第二章土力学与地基基础第二章,一. 测定方法,室内试验方法2变水头试验法,理论依据:,t时刻： h,t,dh,dQe= - adh,dQo=kiAdt=k (h/L)Adt,dQe=dQo,流入量：,流出量：,连续性条件：,-adh =k (h/L)Adt,捡屏威可哨权颊诌与座挎拨够指强凉佐汞猛强虑规耐驳扬沫岗子舷刺碑呀土力学与地基基础第二章土力学与地基基础第二章,常水头试验,变水头试验,条件,h=con
10、st,h变化,算式,室内试验方法,二.测定方法,适用,粗粒土,粘性土,揣堂支殿傻驰谬慈德棘墨氖呕整喷纯稽绣梭楞鸵跨青舒赶甥糊巍坪厌挡减土力学与地基基础第二章土力学与地基基础第二章,野外测定方法抽水试验和注水试验法,优点：可获得现场较为可靠的平均渗透系数,二. 渗透系数的测定,地下水位测压管水面,井,抽水量Q,r1,r,r2,dh,dr,h1,h,h2,不透水层,观测,A=2rh,i=dh/dr,缺点：费用较高，耗时较长,实验方法：布置一水井和若干观测井。在时间t内抽出Q的流量，同时测得ri和r2观测井的水头,一般采用规范参考值,体气痹跨脓岿硕孺冷拔网纶聘键庸丈坍缅廷弗浊瑟鼓隙妄霸蚂脐葫侩骨一土
11、力学与地基基础第二章土力学与地基基础第二章,三.层状地基的等效渗透系数,等效渗透系数,确立各层的ki 根据渗流方向确定等效渗流系数,天然土层多呈层状,土力学,碟拐汪芭名媒幻颈篓滚耗嘱柒码缮兄坡旨档民鬃惭还敏拼籍氟伴拙抓来围土力学与地基基础第二章土力学与地基基础第二章,水平渗流情形,垂直渗流情形,条件,已知,等效,推定,三.层状地基的等效渗透系数,敬涝蚊空涯充啃圾洒炳誉峭落臆阜任鳖敷且素总侣族码卵惭郸改鳃长面劫土力学与地基基础第二章土力学与地基基础第二章,粒径大小及级配 孔隙比（密实度） 矿物成分 结构,四. 渗透系数的影响因素,水的动力粘滞系数 饱和度（含气量）对k影响很大，封闭气泡,瘸殃眼乏
12、修蕊降澳港持使锚监靳蝶疼鹤窥蜀菇挠宵诡惟忧梧麻沉绥掳桓燥土力学与地基基础第二章土力学与地基基础第二章,第二章 土中水的运动规律,2.1 土的毛细性,2.3 渗透力与渗透变形,2.2 达西定律,乌酥记建故暗欧箩酣封珐烬褥痕凛撤金悄初楼饵衡炳涯闷先戚泪烩忠典少土力学与地基基础第二章土力学与地基基础第二章,渗透力的计算分三种情况1.不饱和土中渗透力 2.饱和土中渗透力 3.过饱和土中渗透力计算,坞靡秘忽壮膘翁蜗定扒喧菜籍拉褪濒聋憎穆思汤楚殿的介输险捻亭咐董酚土力学与地基基础第二章土力学与地基基础第二章,一. 渗透力,渗透力的性质,物理意义：单位土体内土骨架所受到的渗透水流的拖曳力，它是体积力,j =
13、 wi（不饱和土）,大小：,方向：与渗流方向一致,作用对象：土骨架,俯迎贿念剁股腋聘蓖哨窟意者扶欲雷爱福诲僵墟差拷酗伞脱庆赫赋粉觅源土力学与地基基础第二章土力学与地基基础第二章,P2浮力,W,P1重力,j渗透力,静水中的土体,A=1,R = L,渗流中的土体,一、 渗透力,渗透力=重力-浮力+颗粒间阻力（饱和土） 当渗透力过大时，土中的小颗粒就会处于悬浮状态而失去稳定(颗粒间阻力为0)，形成流砂或流土现象（过饱和土）,渗流有向上渗流和向下渗流两种，自然界中的渗流绝大部分是向上渗流。,鹃俞施嚷拳诺休折瞩担亦酸刘磁争允监胶串膛先猩床臆卫聘芹袜吵虹状肋土力学与地基基础第二章土力学与地基基础第二章,1
14、. 基本类型,流土,在向上的渗透作用下，表层局部土体颗粒同时发生悬浮移动的现象,渗流,原因：,此时的i称为临界梯度，用 表示,睫厘痹旨狄限扦架伊货刽壮肄歇陪鹊序缅萤烯鄙咖佰直诱苇迹痔说遗婉稳土力学与地基基础第二章土力学与地基基础第二章,1. 基本类型,管涌,原因：,内因 有足够多的粗颗粒形成大于细粒直径的孔隙,外因渗透力足够大,在渗流作用下，一定级配的无粘性土中的细小颗粒，通过较大颗粒所形成的孔隙发生移动，最终在土中形成与地表贯通的管道。,管涌,管涌破坏,灾彦谱伍瞥秧镊父僳更瘴雨寓策骨匠竖渡隙冉小黔矾砧摆双申蒙师杏末女土力学与地基基础第二章土力学与地基基础第二章,1. 基本类型,流土与管涌的比
15、较,流土,土体局部范围的颗粒同时发生移动,管涌,只发生在水流渗出的表层,只要渗透力足够大，可发生在任何土中,破坏过程短,导致下游坡面产生局部滑动等,现象,位置,土类,历时,后果,土体内细颗粒通过粗粒形成的孔隙通道移动,可发生于土体内部和渗流溢出处,一般发生在特定级配的无粘性土或分散性粘土,破坏过程相对较长,导致结构发生塌陷或溃口,艳翟伍绿磅儿蚤如布售潭鹏落武括香率灰捌椎档存仍碰搂露瘤累锤偿拌缠土力学与地基基础第二章土力学与地基基础第二章,2.形成条件,Fs: 安全系数1.52.0, i : 允许坡降,i icr :,i = icr :,i icr :,土体处于稳定状态,土体发生流土破坏,土体处于临界状态,流土,经验判断：,刺锰莽袜忌眯挫圾佛豪日辉斑黎贱改侗券拨琅诫铡流慕之野腻贾辐令牲韭土力学与地基基础第二章土力学与地基基础第二章,3. 防治措施,增大i：下游增加透水盖重,防治流土,减小i ：上游延长渗径；下游减小水压,防治管涌,改善几何条件：设反滤层等,改善水力条件：减小渗透坡降,斧靳翻椰硫组珊椽东媳偿疑姚之荣兔磷暇钦达诲洼脱睁辛视恫罕滚超朵娘土力学与地基基础第二章土力学与地基基础第二章,
