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1、第4章 土中水与土中的渗流及其计算 4.1 概述 4.1.1 岩土中的水及其运动 土中水 结合水 强结合水 弱结合水 自由水 重力水（受重力） 毛细水（受重力、毛细 作用） 气态水：呈水蒸气形态的水 固态水：呈冰状态的水 （受重力控制，能传递静 水压力） 4.2 土中水的形态及其对土性的影响 弱结合水 强结合水 土颗粒 自由水 电渗电泳现象 粘土颗粒表面电荷 粘粒表面 双电层与结合水 粘土颗粒双电层的厚度 解得： 双电层厚度： 4.2.2 毛细水与土中吸力 1、毛细水和毛细水上升高度 2、土中吸力 土的吸力： 基质吸力 溶质吸力 4.3 土的渗透性 4.3.1 土中水的势能 土中水的总势能：
2、：静水压力势；渗流压力势；超静水压力势 4.3.2 达西定律 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： 4.3.4 影响土渗透性的因素 1、颗粒骨架对土渗透性的影响 1）颗粒组成 粘土：矿物成分，高岭石伊利石蒙脱石 粗粒土：颗粒大小、颗粒形状、颗粒级配 2）土的状态 粘土：孔隙比 粗粒土：密实度 3）土的结构 2、渗透流体的影响 1、粗粒土 Reynold试验： 当Re10时，层流区， 200Re5时，过渡区， Re200时，紊流区， 适用于：中砂、细砂、粉砂； 不适用：粗砂、砾石、卵石等。 4.3.5 达西定律的适用范围 2、粘性土（非线性渗透） 0 a b c
3、 v I I0 4.4 二维渗流与流网 4.4.1 二维渗流的基本微分方程 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： 由达西定律： 将上式代入连续条件微分方程，可得： 对各向同性土，kx=kz，则： 4.4.2 流网及其应用 1. 势函数与流函数 引入速度势定义，设势函数 则有： 根据柯西 黎曼方程：必存在一流函数 其一阶偏导数： 将第一式两边对x微分减去第二式两边对z微分，得： 将第一式两边对z微分减去第二式两边对x微分，得： 2. 流网的性质及绘制 式（4-36）第一式除以第二式： 1、流网及其性质 流网：等势线和流线交织成的网格；
4、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：n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： 4、各向异性土与分层土中的流网 4.5 有关渗流的一些工程问题 4.5.1 渗透力与渗透变形及其防治 1、渗透力 2、渗透变形 流砂（流土） 管涌 3、渗透变形的防治 采用不透水材料或完全阻断渗流路径，或者增加渗透路径，减少水力坡降； 在渗流出逸处布置减压、压重或反滤层防止流土和管涌的发生。 4.5.2 渗流条件下土坡的稳定 4.5.3 挡土构造物上的土压力和水压力 1、静水压力作用下的水土压力 1）水土分算 2）水土合算 2、不同渗流情况下的水土压力 3、超静孔隙水压力对水土压力的影响 4.6 渗流的数值计算 4.6.1 渗流的基本微分方程 1、不可压缩土体： 2、可压缩土体 4.6.2 定解条件 1、第一类边界条件：已知水头 2、第二类边界条件：已知流量 不透水边界： 自由水位线： 4.6.4 渗流有限元计算
