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1、第三章 土中水的运动规律 第一节 土的毛细性 土的毛细现象对工程的影响 毛细水的上升是引起路基病害的因素之一； 对于房屋建筑，毛细水的上升会引起地下室过分潮湿 ； 毛细水的上升可能引起土的沼泽化和盐泽化。 一、土层中的毛细水带 n 正常毛细水带（ 毛细饱和带） n 毛细网状水带 n 毛细悬挂水带 二、毛细水上升高度及上升速度 作用在毛细水柱上的上举力P为 ： P G d S S q hmax 毛细水管中水柱的上升 毛细管内上升水的重力G为： 毛细水柱所受竖向力平衡，即： 若令q = 00，则毛细水上升最大高度为： 毛细水上升速度 细粒土上升高 度较大，上升 速度较慢； 粗粒土上升高 度较小，上
2、升 速度较快。 三、毛细压力 第二节 土的渗透性 一、渗流模型 二、土的层流渗透定 律 式中：I 水头梯度（水力梯度） 渗流平均流速 ： 于是： 真实渗流流速 ： 达西定律的适用范围 1、粗粒土 Reynold试验： 当1Re10时（层流），达西定律适用。 适用于：中砂、细砂、粉砂； 不适用：粗砂、砾石、卵石等。 2、粘土（非线性渗透） 0 a b c v I I0 三、土的渗透系数 1、室内试验测定 法 常水头渗透试验 则土样的渗透系数为： 变水头渗透试验 dt时间内通过土样的流量为： 根据达西定律： 故得： 积分可得： 则可求得土样的渗透系数： 2、现场抽水试验 假定任一半径处的水头梯度为
3、常数 积分整理可得现场土体的渗透系数为： 当抽水稳定时，有： 两边积分： 3、成层土的渗透系数 水平渗流 土层水平向的平均渗透系数kh为： 竖直渗流 土层竖向的平均渗透系数kv为： 四、影响土的渗透性的因素 n 土的粒度成分及矿物成分； n 结合水膜的厚度； n 土的结构构造； n 水的粘滞度； n 土中气体。 五、动水力（渗透力）及渗流破坏 1、动水力的计算公式 水流方向土柱体ab： 土柱体长度：l 土柱体横截面积：F a点水头：H1=h1+z1 b点水头：H2=h2+z2 则沿水流方向作用在土柱体ab内的水的力为： 作用在截面a处的水压力，与水流方向一致； 作用在截面b处的水压力，与水流方
4、向相反； 土柱体内水的重力在ab方向的分力，与水流 方向一致； 土柱体内土颗粒作用于水的力在ab方向的分 力，与水流方向一致； 水渗流时，土柱中的颗粒对水的阻力，与水 流方向相反； 根据水流方向作用在土柱体ab内水上力的平衡条件： 即： 其中： 所以可得： 动水力计算公式为： 2、流砂现象、管涌和临界水力梯度 流砂现象：土颗粒间的压力等于零，土颗粒处于悬浮状态而失去稳定。 临界水力梯度： 容许水力梯度I ： 第三节 流网及其应用 一、平面渗流基本微分方程 假定土体和水都不可压缩，则单元进出流量应相等，由此 可得： 流入单元流量： 流出单元流量： 即： 平面渗流连续条件微分方程 由达西定律： 将
5、上式代入连续条件微分方程，可得： 平面稳定渗流问题 基本微分方程 对各向同性土，kx=kz，则： 二、平面稳定渗流问题的流网解法 1、流网及其性质 流网：等势线和流线交织成的网格； 流网性质：流网是相互正交的网格； 流网为曲边正方形； 任意两相邻等势线间的水头损失相等； 任意两相邻流线间的单位渗流量相等。 2、流网的绘制 3、流网的工程应用 （1） 渗流速度计算 任意两等势线间水头差： 则所求网格内的渗流速度： （2） 渗流量计算 单位宽度内总的渗流量： 其中：m为流线数量； 为任意两相邻流线间的单位渗流量。 所以，单位宽度内的总流量为： 第四节 土在冻结过程中水分的迁移和积聚 一、冻土现象及
6、其对工程的危害 冻土 季节性冻土：冬季冻结，夏季全部融化； 隔年冻土：冬季冻结，一两年内不融化； 多年冻土：冻结状态持续三年或三年以上。 冻土现象： 冻胀 融陷 二、冻胀机理与影响因素 1、冻胀的原因 “结合水迁移学说” 结合水冻结，结合水膜减薄，剩余分子引力； 结合水膜中离子浓度增加，产生渗附压力； 存在水源及适当的水源补给通道。 2、影响冻胀的因素 1）土的因素 粉土、粉质粘土：毛细现象显著，水源补给通道通畅； 亲水性强。 粘土：结合水膜较厚，毛细孔隙小，水源补给通道不通畅； 粗粒土：结合水少，毛细现象不显著。 2）水的因素 开敞型：有外来水源补给； 封闭型：无外来水源补给。 3）温度因素 温度陡降； 温度缓降。 三、冻结深度
