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1、. . . .土力学第三章习题集及详细解答第3章 土的渗透性及渗流 一、 填空题1.土体具有被液体透过的性质称为土的 。2.影响渗透系数的主要因素有: 、 、 、 、 、 。3.一般来讲,室内渗透试验有两种,即 和 。4.渗流破坏主要有 和 两种基本形式。5.达西定律只适用于 的情况,而反映土的透水性的比例系数,称之为土的 。二 选择题1.反应土透水性质的指标是( )。A.不均匀系数 B.相对密实度C.压缩系数 D.渗透系数2.下列有关流土与管涌的概念,正确的说法是( )。A发生流土时,水流向上渗流;发生管涌时,水流向下渗流B.流土多发生在黏性土中,而管涌多发生在无黏性土中C.流土属突发性破坏
2、,管涌属渐进式破坏D.流土属渗流破坏,管涌不属渗流破坏3.土透水性的强弱可用土的哪一项指标来反映?( )A.压缩系数 B.固结系数C.压缩模量 D.渗透系数4.发生在地基中的下列现象,哪一种不属于渗透变形?( )A.坑底隆起 B.流土 C.砂沸 D.流砂5.下属关于渗流力的描述不正确的是( )。A.其数值与水力梯度成正比,其方向与渗流方向一致B.是一种体积力,其量纲与重度的量纲相同C.流网中等势线越密集的区域,其渗流力也越大D.渗流力的存在对土体稳定总是不利的6.下列哪一种土样更容易发生流砂?( )A.砂砾或粗砂 B.细砂或粉砂C.粉质黏土 D.黏土7.成层土水平方向的等效渗透系数与垂直方向的
3、等效渗透系数的关系是( )。A. B.= C.8. 在渗流场中某点的渗流力( )。A.随水力梯度增加而增加 B.随水利力梯度增加而减少 C.与水力梯度无关9.评价下列说法的正误。( )土的渗透系数越大,土的透水性也越大,土的水力梯度也越大;任何一种土,只要水力梯度足够大,就有可能发生流土和管涌;土中任一点渗流力的大小取决于该点孔隙水总水头的大小;渗流力的大小不仅取决于水力梯度,还与其方向有关。A.对 B.对 C.和对 D.全不对10.下列描述正确的是( )。A.流网中网格越密处,其水力梯度越小B.位于同一条等势线上的两点,其孔隙水压力总是相同的C.同一流网中,任意两相邻等势线间的势能差相等D.
4、渗透流速的方向为流线的法线方向11.土体渗流研究的主要问题不包括( )。A.渗流量问题 B.渗透变形问题C.渗流控制问题 D.地基承载力问题12.某岸边工程场地细砂含水层的流线上A、B两点,A点的水位标高2.5米,B点的水位标高3.0米,两点间流线长为10米,计算两点间的平均渗透力最接近下列()个值。(A)1.25kN/m3; (B)0.83 kN/m3; (C) 0.50 kN/m3; (D) 0.20 kN/m3。13. 四个坝基土样的孔隙率和细粒含量(以质量百分率计)如下,试按水利水电工程地质勘察规范(GB50287-99)计算判别下列()选项的土的渗透变形的破坏形式属于管涌。(A) ;
5、 (B) ;(C) ; (D) 。三 判断改错题1. 绘制流网时必须满足的基本条件之一是流线和等势线必须正交。2. 达西定律中的渗透速度不是孔隙水的实际流速。3. 土的孔隙比愈大,其渗透系数也愈大。4. 在流网图中,流线愈密集的地方,水力坡降愈小。5. 发生流砂时,渗流力方向与重力方向相同。6. 细粒土的渗透系数测定通常采用“常水头”试验进行。7. 绘制流网时,每个网格的长宽比没有要求。8. 在流网中,任意两相邻流线间的渗流量相等。9. 管涌发生在渗流溢出处,而流土发生的部位可以在渗流溢出处,也可以在土体内部。四、 简答题1. 试解释起始水力梯度产生的原因。2. 简述影响土的渗透性的因素主要有
6、哪些。3. 为什么室内渗透试验与现场测试得出的渗透系数有较大差别? 4. 拉普拉斯方程适应于什么条件的渗流场?5. 为什么流线与等势线总是正交的?6. 流砂与管涌现象有什么区别和联系?7. 渗透力都会引起哪些破坏?五、 计算题1.如图31所示,在恒定的总水头差之下水自下而上透过两个土样,从土样1顶面溢出。(1) 已土样2底面cc 为基准面,求该面的总水头和静水头;(2) 已知水流经土样2的水头损失为总水头差的30%,求 bb面的总水头和静水头;(3) 已知土样2的渗透系数为0.05cm/s ,求单位时间内土样横截面单位面积的流量;(4) 求土样1的渗透系数。 图31 (单位:cm) 图33 (
7、单位:cm)2.如图32所示,在5.0m 厚的黏土层下有一砂土层厚6.0 m,其下为基岩(不透水)。为测定该沙土的渗透系数,打一钻孔到基岩顶面并以10-2m3/s 的速率从孔中抽水。在距抽水孔15m 和30m 处各打一观测孔穿过黏土层进入砂土层,测得孔内稳定水位分别在地面以下3.0m 和2.5m ,试求该砂土的渗透系数。图32 (单位:m)3. 某渗透装置如图3-3所示。砂的渗透系数;砂的渗透系数;砂样断面积A=200,试问:(1)若在砂与砂分界面处安装一测压管,则测压管中水面将升至右端水面以上多高?(2)砂与砂界面处的单位渗流量q多大?4. 定水头渗透试验中,已知渗透仪直径,在渗流直径上的水
8、头损失,在60s时间内的渗水量,求土的渗透系数。5.设做变水头渗透试验的粘土式样的截面积为,厚度为渗透仪细玻璃管的内径为,实验开始时的水位差为,经过观察的水位差为,实验室的水温为20,试求式样的渗透系数。6. 图3-4为一板桩打入透土层后形成的流网。已知透水土层深,渗透系数板桩打入土层表面以下,板桩前后水深如图3-4所示。试求:(1)图中所示a、b、c、d、e各点的孔隙水压力;(2)地基的单位透水量。图34 板桩墙下的渗流图7.如图3-5所示,在长为10cm,面积的圆筒内装满砂土。经测定,粉砂的,筒下端与管相连,管内水位高出筒5cm(固定不变),流水自下而上通过试样后可溢流出去。试求(1)渗流
9、力的大小,判断是否会产生流砂现象;(2)临界水利梯度值。图35第3章 参考答案一填空题1. 渗透性或透水性2. 土的粒度成分及矿物成分、土的密实度、土的饱和度、土的结构、土的构造、水的温度3. 常水头法、变水头法4. 流砂(土)、管涌5. 层流、渗透系数二 选择题1.D 2.C 3.D 4.A 5.D 6.B 7.A 8.A 9.D 10. C 11. D 12. C 13.D(注:按规范当时发生管涌)三 判断改错题1.2.3.,对黏性土不成正比。 4.,改“愈小”为“愈大”。5.,改“相同”为“相反”。6.,改“常水”头为“降水头”或“变水头”。7.,每个网格的长宽比必须为定值。8.9.,应
10、将管涌与流土对调。四 简答题1.【答】起始水力梯度产生的原因是,为了克服薄膜水的抗剪强度0(或者说为了克服吸着水的粘滞阻力),使之发生流动所必须具有的临界水力梯度度。也就是说,只要有水力坡度,薄膜水就会发生运动,只是当实际的水力坡度小于起始水力梯度时,薄膜水的渗透速度V非常小,只有凭借精密仪器才能观测到。因此严格的讲,起始水力梯度I0是指薄膜水发生明显渗流时用以克服其抗剪强度0的水力梯度。2. 【答】(1)土的粒度成分及矿物成分。土的颗粒大小、形状及级配,影响土中孔隙大小及其形状,因而影响土的渗透性。土颗粒越粗,越浑圆、越均匀时,渗透性就大。砂土中含有较多粉土及粘土颗粒时,其渗透系数就大大降低
11、。(2)结合水膜厚度。粘性土中若土粒的结合水膜厚度较厚时,会阻塞土的孔隙,降低土的渗透性。 (3)土的结构构造。天然土层通常不是各向同性的,在渗透性方面往往也是如此。如黄土具有竖直方向的大孔隙,所以竖直方向的渗透系数要比水平方向大得多。层状粘土常夹有薄的粉砂层,它在水平方向的渗透系数要比竖直方向大得多。(4)水的粘滞度。水在土中的渗流速度与水的容重及粘滞度有关,从而也影响到土的渗透性。3. 【答】室内试验和现场试验渗透系数有较大差别,主要在于试验装置和试验条件等有关,即就是和渗透系数的影响因素有关,详见上一题。4. 【答】当渗流场中水头及流速等渗流要素不随时间改变时,这种渗流称为稳定渗流,而拉
12、普拉斯方程是指适用于平面稳定渗流的基本方程。5. 【答】在稳定渗流场中,取一微单元体,并假定水体不可压缩,则根据水流连续原理,单位时间内流入和流出微元体的水量应相等,即dqe=dq0。从而得到:即为二维渗流连续方程,从中由数学知识,可知流线和等势线正交。6. 【答】在向上的渗流力作用下,粒间有效应力为零时,颗粒群发生悬浮、移动的现象称为流砂(土)现象。这种现象多发生在颗粒级配均匀的饱和细、粉砂和粉土层中,一般具有突发性、对工程危害大。在水流渗透作用下,土中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中移动,以至流失;随着土的孔隙不断扩大,渗流速度不断增加,较粗的颗粒也相继被水逐渐带走,最终导致土体内形成贯通的渗
13、流管道,造成土体塌陷,这种现象称为管涌。它多发生在砂性土中,且颗粒大小差别大,往往缺少某种粒径,其破坏有个时间发展过程,是一种渐进性质破坏。具体地再说,管涌和流砂的区别是:(1)流砂发生在水力梯度大于临界水力梯度,而管涌发生在水力梯度小于临界水力梯度情况下;(2)流砂发生的部位在渗流逸出处,而管涌发生的部位可在渗流逸出处,也可在土体内部;(3)流砂发生在水流方向向上,而管涌没有限制。7. 【答】渗流引起的渗透破坏问题主要有两大类:一是由于渗流力的作用,使土体颗粒流失或局部土体产生移动,导致土体变形甚至失稳;二是由于渗流作用,使水压力或浮力发生变化,导致土体和结构物失稳。前者主要表现为流砂和管涌,后者主要则表现为岸坡滑动或挡土墙等构造物整体失稳。五、 计算题1.解:如图3-1,本题为定水头实验,水自下而上流过两个土样,相关几何参数列于图中。(1)以c-c为基准面,则有:zc=0,hwc=90cm,hc=90cm(2)已知Dhbc=30%Dhac,而Dhac由图2-16知,为30cm,所以Dhbc=30%Dhac=0.330=9cm hb=hc-Dhbc=90-9=81cm又 zb=30cm,故hwb=hb- zb=81-30=51cm(3)已知k2=0.05cm/s,q/A=