1、1 土力学 第 2章 土的渗透性与土中渗流 2 第 2章 土的渗透性与土中渗流 第 1节 概述 第 2节 达西定律 第 3节 渗透系数的测定 第 4节 有效应力原理 第 5节 渗流力和渗透破坏 第 6节 二维渗流和流网 3 碎散性 多孔介质 三相体系 孔隙流体流动 渗流 渗透性 土具有被水、气等液体透过的性质 渗透特性 强度特性 变形特性 非饱和土的渗透性 饱和土的渗透性 能量差 水、气等在土体孔隙中流动的现象 概 述 概述 4 土体中的渗流 土颗粒 土中水 渗流 土是一种碎散的多孔介质，其孔隙在空间互相连通。当饱和土中的两点存在能量差时，水就在土的孔隙中从能量高的点向能量低的点流动 水在土体
2、孔隙中流动的现象称为 渗流 土具有被水等液体透过的性质称为土的 渗透性 概 述 5 渗流量？ 渗透变形 ? 石坝 浸润线 透水层 不透水层 石坝坝基坝身渗流 概 述 渗透压力？ 6 渗透压力？ 渗流量？ 渗透变形？ 透水层 不透水层 基坑 板桩墙 板桩围护下的基坑渗流 概 述 7 渗流量 渗透变形 渗透压力 渗流滑坡 土的渗透性及渗透规律 二维渗流及流网 渗透力与渗透变形 水头梯度 土坡稳定分析 概 述 8 土的渗透性 一渗流中的水头与水力坡降 二渗透试验与达西定律 三渗透系数的测定及影响因素 能量方程 渗流速度的规律 渗透特性 四层状地基的等效渗透系数 地基的渗透系数 概 述 9 第 2章
3、土的渗透性与土中渗流 第 1节 概述 第 2节 达西定律 第 3节 渗透系数的测定 第 4节 有效应力原理 第 5节 渗流力和渗透破坏 第 6节 二维渗流和流网 10 一、渗流中的水头与水力坡降 A B L 透水层 不透水层 基坑 达 西 定 律 11 A B L h1 h2 zA wAuwBuzB h 0 0 基准面 wAA1uzhwBB2uzh hhh21 wuzhLhi z：位置水头 A点总水头： B点总水头： 总水头： 水力梯度： 达 西 定 律 12 二、渗透试验与达西定律 试验前提： 层流 LhAq 断面平均流速 水力梯度 AqvLhi iv 1.渗透试验 试验结果 试验装置 ：
4、如图 试验条件 : h1， A， L=const 量测变量 : h2， V， T h=h1-h2 q=V/T 达 西 定 律 13 2. 达西定律 ikv nvvvs 渗透定律 在层流状态的渗流中，渗透速度 v与水力坡降 i的一次方成正比，并与土的性质有关。 iv注意： AAn vV：假想渗流速度，土体试样全断面的平均渗流速度 Vs：实际平均渗流速度，孔隙断面的平均渗流速度 A Av q VA VsAv k: 反映土的透水性能的比例系数，称为 渗透系数 物理意义：水力坡降 i 1时的渗流速度 单位： mm/s, cm/s, m/s, m/day 达 西 定 律 14 粗粒土： 砾石类土中的渗流
5、不符合达西定律 砂土中渗透速度 vcr=0.3-0.5cm/s 适用条件 i v o vcr i v 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 两种特例 粘性土： 致密的粘土 ii0, v=k(i - i0 ) )1m(kiv m达 西 定 律 15 第 2章 土的渗透性与土中渗流 第 1节 概述 第 2节 达西定律 第 3节 渗透系数的测定 第 4节 有效应力原理 第 5节 渗流力和渗透破坏 第 6节 二维渗流和流网 16 一、渗透系数的测定及影响因素 室内试验测定方法 常水头试验法 变水头试验法 井孔抽水试验 井孔注水试验 1. 测定方法 野外试验测定方法 渗透
6、系数的测定 室内试验方法 -常水头试验法 试验条件 : h， A， L=const 量测变量 : 体积 V， t 适用土类：透水性较大的砂性土 i=h/L V=Qt=vAt v=ki htAVLkh L 土样 A V Q 渗透系数的测定 -室内常水头试验 室内试验方法 -变水头试验法 试验条件 :h变化 A， a， L=const 量测变量 : h， t 适用土类：透水性较小 的粘性土 土样 A t=t1 h1 t=t2 h2 L Q 水头 测管 开关 a 渗透系数的测定 -室内变水头试验 土样 A t=t1 t=t2 h1 h2 L Q 水头 测管 开关 在 tt+dt时段内： 入流量 ：
7、dVe= - adh 出流量： dVo=kiAdt=k (h/L)Adt 连续性条件： dVe=dVo -adh =k (h/L)Adt hdhkAaLdt 21hht0 hdhkAaLdt21hhkAaLt lnh dh t t+dt 室内试验方法 -变水头试验法 21hhAtaLk ln选择几组量测结果 ，计算相应的 k，取平均值 渗透系数的测定 -室内变水头试验 室内试验方法 小结 常水头试验 变水头试验 条件 已知 测定 公式 取值 h=const h变化 h， A， L V， t 重复试验后，取均值 a， A， L h， t 21hhlnAtaLk htAVLk 不同时段试验，取均值
8、 适用 粗粒土 粘性土 渗透系数的测定 -室内试验方法小结 现场测定法抽水试验 抽水量 Q r1 r2 h1 h2 井 不透水层 试验条件 : Q=const 量测变量 : r=r1， h1=？ r=r2， h2=？ 优点：可获得现场较为可靠的平均渗透系数 缺点：费用较高，耗时较长 观察井 渗透系数的测定 -现场抽水试验 212212hhrrQk )/ln ()(ln 212212 hhkrrQ A=2rh i=dh/dr drdhkrh2A k iQ k h d h2rdrQ 计算公式： r 抽水量 Q r1 r2 h1 h2 井 不透水层 dh dr h 地下水位 测压管水面 现场测定法抽
9、水试验 渗透系数的测定 -现场抽水试验 23 渗透系数的影响因素 土的性质 水的性质 粒径大小及级配 孔隙比 矿物成分 结构和构造 水的动力粘滞系数（水温） 饱和度（含气量） 对 k影响很大，封闭气泡 渗透系数的测定 -渗透系数的影响因素 是土中孔隙直径大小的主要影响因素 因由粗颗粒形成的大孔隙可被细颗粒充填，故土体孔隙的大小一般由细颗粒所控制。因此，土的渗透系数常用有效粒径d10来表示，如哈臣公式： 210dck 土的性质 水的性质 粒径大小及级配 孔隙比 矿物成分 结构 渗透系数的影响因素 渗透系数的测定 -渗透系数的影响因素 是单位土体中孔隙体积的直接度量 对于砂性土，常建立孔隙比 e与
10、渗透系数 k之间的关系，如： )e1e(fk)e1e(fk)e(fk322渗透系数的影响因素 土的性质 水的性质 粒径大小及级配 孔隙比 矿物成分 结构 渗透系数的测定 -渗透系数的影响因素 对粘性土，影响颗粒的表面力 不同粘土矿物之间渗透系数相差极大，其渗透性大小的次序为高岭石 伊里石 蒙脱石 ；当粘土中含有可交换的钠离子越多时，其渗透性将越低 塑性指数 Ip综合反映土的颗粒大小和矿物成份，常是渗透系数的参数 渗透系数的影响因素 土的性质 水的性质 粒径大小及级配 孔隙比 矿物成分 结构 渗透系数的测定 -渗透系数的影响因素 影响孔隙系统的构成和方向性，对粘性土影响更大 在宏观构造上，天然沉
11、积层状粘性土层，扁平状粘土颗粒常呈水平排列，常使得 k水平 k 垂直 在微观结构上，当孔隙比相同时，凝聚结构将比分散结构具有更大的透水性 渗透系数的影响因素 土的性质 水的性质 粒径大小及级配 孔隙比 矿物成分 结构 渗透系数的测定 -渗透系数的影响因素 含水量 w Wop 干容重 d max 1 含水量 w 渗透系数k 絮状结构 分散结构 渗透系数的影响因素 土的性质 水的性质 粒径大小及级配 孔隙比 矿物成分 结构 渗透系数的测定 -渗透系数的影响因素 渗透系数的影响因素 水的动力粘滞系数： 温度 ，水粘滞性 ， k 饱和度（含气量）：封闭气泡对 k影响很大，可减少有效渗透面积，还可以堵塞孔隙的通道 土的性质 水的性质 粒径大小及级配 孔隙比 矿物成分 结构 渗透系数的测定 -渗透系数的影响因素 30 分析下表的渗透系数值 : 可见：不同土类的渗透系数值差异很大 渗透系数参考值 渗透系数的测定十分重要 渗透系数的测定 -渗透系数参考值
