1、1,2,授课内容： 土中渗流 (Seepage in Soils) 授课教师： J N Meegoda，土木与环境工程系教授美国新泽西理工学院 授课时间： 10月27日（星期六）上午9:0012:0010月28日（星期日）上午9:0012:00 授课地点：清华大学新水利馆216房间,英文课程，欢迎参加,3,一、习题评述二、小测验 （30分钟） 三、方法讨论三相草图法流网法等四、难点讨论五、其它讨论,第一次习题讨论课 第一、二章,4,第一章 1-1，1-2，1-3 1-4 （假定两种土的活性指数相同） 1-5，1-6，1-8，1-9 1-10（按建筑规范，乙土Ip8 ）,第二章 2-1，2-3，
2、2-4，2-5，2-7,一、习题评述,5,一、习题评述,1-1 要 点：几种容重的概念及其计算方法常见问题： （1）概念把握不清：如含水量、比重、干容重；错误做法：,（2）容重单位写错或换算错。,6,一、习题评述,1-2 要 点：利用三相草图时，设哪一个为1更方便？提 醒：画三相草图，不要忽略空气部分,1-3 要 点：土体一定，土粒质量不变，与状态无关一种错误解法：,7,一、习题评述,1-4 要 点：土的塑性指数与粘粒含量的关系常见问题： （1）不知用哪种指标判别粘粒含量；（2） “粘粒含量”的理解。土（颗）粒含量？1w？,1-5 要 点：联系实际，实用上饱和度适中两种解法： （1）由w、GS
3、、d求Sr，判别（2）由Sr、 GS、d求w，判别,8,一、习题评述,1-6 要 点：相对密度与干容重的关系，相对密度的两种表达式,1-8 要 点：液性指数与软硬状态的关系常见问题： 软硬状态与实际应用的联系提 醒：IPwLwP 只取数值，去掉符号。,9,1-9 要 点：活性指数与矿物成分的关系,一、习题评述,1-10 要 点：级配曲线及其应用常见问题： （1）甲土的命名：细砂（2）级配优劣的判别条件： CU、CC,10,2-1 要 点：水头、水头损失、流速、水力坡降、等效渗透系数及其之间的关系,2-3 要 点：渗透力及其与水头损失的关系常见问题：临界水力坡降 icr 的计算公式,一、习题评述
4、,11,2-4 要 点：各种水头的概念常见问题： （1）基准面的选取应统一（2）三点渗透力关系：jAjCjB,2-5 要 点：同上常见问题：临界水力坡降的求取方法,一、习题评述,12,2-7 要 点：流网及其应用常见问题： （1）流量公式及i的计算（2）可能发生流土的位置（3）流道（流槽）的个数,一、习题评述,13,二、小测验（30分钟）,14,三、方法讨论,1、三相草图法2、流网法,15,三、方法讨论,1、三相草图法,16,物理 现象,数学 描述,几何 表示,注重： 物理意义 几何意义 实际应用,三、方法讨论,2、流网法,基本要求,17,1. 正交性：流线与等势线（等水头线）必须正交,2.
5、等间隔流线与等间隔等势线形成的流网中，各个网格的长宽比c应为常数。取c=1，即为曲边正方形,3. 在边界上满足流场边界条件要求，保证解的唯一性。,三、方法讨论,2、流网法,数学方程,基本要求,基本特点,18,d= -kdh v=ki=kdh/a,d= -va,19,四、难点讨论,20,四、难点讨论,1、为什么不用相对密度描述粘性土的密实程度？为什么不用液性指数描述砂性土的软硬程度？,对物理、力学性质的影响不同 测量上困难,21,四、难点讨论,2、各种水头的计算,22,在许多实际工程遇到的稳定渗流问题中，可将其简化为一维渗流问题直接利用达西定律求解。 有一些简单的规律： 由于是线性问题，在一个土
6、层内，水压力和总水头呈线性分布 流速、水力坡降和渗透力等在同一土层内为常数 在计算水头损失时，渗径和渗透系数之间可以相互转算，如增大渗透系数n倍，同时相应延长渗径n倍，计算结果不变,四、难点讨论,2、各种水头的计算,23,基坑开挖中常遇到的上层滞水的情况请画出土层中位置水头、压力水头和总水头的分布。,基坑的渗流问题,四、难点讨论,2、各种水头的计算,24,四、难点讨论,2、各种水头的计算,板桩,基坑,k=5.010-6 m/s,k=5.010-3 m/s,相对透水层,10m,潜水位,基准面,位置水头 总水头 压力水头,单位：m,10,10,0,0,0,0,25,基坑开挖中常遇到的上层滞水的情况
7、 （多土层）请画出土层中位置水头、压力水头和总水头的分布。,基坑的渗流问题,四、难点讨论,2、各种水头的计算,26,四、难点讨论,2、各种水头的计算,27,基坑开挖中常遇到的另一种有承压水的情况(板桩内外过水断面积相等)请画出土层中位置水头、压力水头和总水头的分布。,基坑的渗流问题,四、难点讨论,2、各种水头的计算,28,四、难点讨论,2、各种水头的计算,板桩,基坑,k=5.010-3 m/s,k=5.010-6 m/s,相对不透水层,k=5.010-3 m/s,6m,12m,基准面,位置水头 总水头 压力水头,单位：m,18,18,18,6,12,0,12,12,0,位置水头 总水头 压力水
8、头,6,6,0,12,12,0,29,四、难点讨论,3、渗透力和浮力有何区别?,原因 来源 方向,30,五、其它讨论,31,三相组成, 土的颗粒级配曲线横、纵坐标分别代表什么？, 土的颗粒级配曲线上面的一点表示什么意思？一段呢？, 为什么把d10称为有效粒径？, 什么是级配良好的土？满足一个条件是否可以称为级配良好？, 为什么把d60称为控制粒径？, 级配良好与否可以用于土的何种工程性质判断？,32,三相组成, 土中水有几种存在形式？各有什么特点？, 土中水的不同存在形式与粘性土的性质如何联系？, 土中水的存在与否及其状态对于粗粒土是否无多大影响？, 粗粒土中水的存在状态对于粗粒土的什么方面产
9、生怎样的影响？,33,三相组成, 土中气有几种存在形式？各有什么特点？, 土中密闭气体对土的工程性质有何影响？,34,物理状态, 土的物理性质指的是什么？, 为描述土的物理性质，引入了哪些指标？, 这些指标中哪些是基本试验指标？, 通常情况下需要几个已知量就能推算出其他物理量？为什么？什么情况下只需要2个？, 土的各种不同的容重之间有何关系？此关系是否跟土的含水量有关？,35,物理状态, 土的物理状态指的是什么？, 为什么引入相对密度Dr的概念？, Dr除了用e的表达式，为什么还有一个用d的？, Dr在使用上有什么限制？, Dr可否用于表示粘性土的密实程度？, 粘性土的密实程度可用什么来表示？
10、,36,物理状态, 土的稠度含义？, 土中水与土稠度之间的关系？, 渗流时也有自由水，是不是就是流态？, 为什么天然状态下IL1的土还有一定的强度？（软粘土地基）, 塑性指数IP能否反映粘性土的软硬状态？为什么？, 塑性指数IP何以成为粘性土命名的重要指标？,37,物理状态, 土的结构指的是什么？, 粗粒土结构以什么结构为主？哪种力起主要作用？, 细粒土结构形成中何种力起主要作用？, 细粒土结构分为哪几种？其沉积环境分别如何？为什么其环境会导致该结构？,38,土的压实性, 细粒土和粗粒土的击实曲线有何区别？, 细粒土为什么会存在一个最优含水量？, 细粒土含水量大于或小于最优含水量时，击实得到土的性质分别是怎样的？, 细粒土和粗粒土的压实程度分别用什么来衡量？,39,土的渗透性, 位置水头、压力水头、测管水头、总水头的概念？, 达西定律的意义及其应用范围？,渗透系数的变化范围？,40,二维渗流和流网,为何可用流网求解二维渗流问题？,等水头线与流线为何垂直？,为何各个网格的长宽比为常数？,流网是如何绘出的？,41,渗透力和渗透变形, 渗透力的产生原因？, 渗透力是一种体积力？方向如何？, 临界水力坡降的概念？, 是否任何类型的土都会发生流土破坏？, 是否任何类型的土都会发生管涌破坏？,
