1、湖南科技大学土木学院第二章第二章 土的渗透性与土中渗流土的渗透性与土中渗流1土的渗透定律2. 二维渗流及流网绘制2土中渗流量计算4. 土中水的渗透力与地基渗透变形分析湖南科技大学土木学院2.1 实际工程中的渗流问题浸润线流线 等势线下游上游土坝蓄水后水透过坝身流向下游基坑开挖时，地下水向基坑内流动 支护结构不透水层一、工程背景湖南科技大学土木学院H隧道开挖时，地下水向隧道内流动 二、基本概念 :土是由固体相的颗粒、孔隙中的液体和气体三相组成的，而土中的孔隙具有连续的性质，当土作为水土建筑物的地基或直接把它用作水土建筑物的材料时，水就会在水头差作用下从水位较高的一侧透过土体的孔隙流向水位较低的一
2、侧。2.1 实际工程中的渗流问题湖南科技大学土木学院渗透（渗流）： 在水头差作用下，水透过土体孔隙的现象。渗透性： 土允许水透过的性能称为土的渗透性。水在土体中渗透，一方面会造成水量损失，影响工程效益；另一方面将引起土体内部应力状态的变化，从而改变水土建筑物或地基的稳定条件，甚者还会酿成破坏事故。此外，土的渗透性的强弱，对土体的固结、强度以及工程施工都有非常重要的影响。 在工程设计与施工中，应正确分析可能出现的渗流情况，必要时采取合理的防渗技术措施。2.1 实际工程中的渗流问题二、基本概念湖南科技大学土木学院2.2 渗透理论一、渗透模型(a)水在土孔隙中的运动 (b)渗流模型图 2-2水在土孔
3、隙中的运动轨迹与渗流模型假设：(1)在同一过水断面，渗流模型的流量等于真实渗流的流量；(2)在任意截面上，渗流模型的压力与真实渗流的压力相等；(3)在相同体积内，渗流模型所受到的阻力与真实渗流所受到的阻力相等。湖南科技大学土木学院2.2 渗透理论二、达西渗透定律1856年法国学者 Darcy对 砂土 的渗透性进行研究结论： 水在土中的渗透速度与试样的水力梯度成正比v=ki达西定律水力梯度 ，即沿渗流方向单位距离的水头损失 hilD=qvA=渗透系数湖南科技大学土木学院2.2 渗透理论三、达西渗透定律适用范围讨论：砂土的渗透速度与水力梯度呈线性关系 密实的粘土，需要克服结合水的粘滞阻力后才能发生
4、渗透 ;同时渗透系数与水力坡降的规律还偏离达西定律而呈非线性关系 ib起始水力坡降虚直线简化达西定律适用于层流，不适用于紊流v=kiivO 砂土0 iv密实粘土湖南科技大学土木学院2.2 渗透理论三、达西渗透定律适用范围大量试验表明，当渗透速度较小时，渗透的沿程水头损失与流速的一次方成正比。1. 砂土、粘土（如图 2-4(a)： 渗透速度很小，渗流 = 层流 （水流流线互相平行的流动），渗流运动规律符合达西定律；2. 粗颗粒土（如砾、卵石等）（图 2-4(b)）： 由于其孔隙很 大，当水力梯度较小时，流速不大，渗流可认为是 层流 ,v-i关 系成线性变化，达西定律仍然适用。3.当水力梯度较大时
5、，流速增大，渗流将过渡为不规则的相互混杂的流动形式 紊流 , v-i关系 = 非线性 ,达西定律不再适用 。 湖南科技大学土木学院2.2 渗透理论四、渗透系数的确定（ 一）影响因素1. 土颗粒的粒径、级配和矿物成分2. 孔隙比或孔隙率3. 土的结构和构造4. 土的饱和度5. 水的动力粘滞度（ 二）测定方法渗透系数测定室内试验现场试验常 水 头压缩试验抽水试验变 水 头湖南科技大学土木学院五、渗透系数及其确定方法时间 t内流出的水量常水头试验 整个试验过程中水头保持不变 适用于透水性大（ k10-3cm/s） 的土，例如砂土。 2.2 渗透理论湖南科技大学土木学院常 水 头 变 水 头2.2 渗透理论五、渗透系数及其确定方法湖南科技大学土木学院抽水试验2.2 渗透理论五、渗透系数及其确定方法湖南科技大学土木学院三、渗流作用下土体中的有效应力计算1. 静水压时的有效应力 2. 渗流向下时的有效应力3. 渗流向上时的有效应力4. 渗透力与临界水力梯度
