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1、土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 第二章 渗流：在一定的压力差作用下，流体透过土中 孔隙发生流动，这种现象称为渗流。 水在土孔隙介质中的流动即地下水流动，是自 然界中常见的渗流现象。 渗流理论在水利、石油、采矿、化工等领域有 着广泛的应用； 在土木工程中为地下水源的开发、降低地下水 位、防止建筑物地基发生渗流变形提供理论依据。 土的渗透性和渗流问题 第二章 不同的土具有不同的渗透能力，主要由土的颗 粒组成和孔隙比等决定。 土的透水性定量指标是渗透系数，渗透系数越 大，表示土的透水能力强。 渗透系数通常可通过室内试验或经验估算
2、法来 确定。 研究渗流问题的基本定律是达西定律。 渗流的作用是在土中产生渗透力，而渗透力的 增大将导致土体发生流砂或管涌两种渗透变形。 2.1 土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil 土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 第二章 2.2 平面渗流与流网 Plane seepage and flow net 2.3 渗透力与渗透变形 Seepage force and seepage deformaton 学习指导 n学习目标 n学习基本要求 n参考学习进度 学习目标 n 掌
3、握土的渗透定律与渗透力计算方法， 具备对地基渗透变形进行正确分析的能力。 学习基本要求 n掌握土的渗透定律 n掌握二维渗流及流网绘制 n掌握土中渗流量计算 n掌握土中水的渗透力与地基渗透变形分析 参考学习进度 内容 学时时 （34学时时） 学时时 （51学时时） 渗透基本理论2.03.0 流网及其工程应用1.01.5 土中渗透力与渗透变形1.01.5 合计4.06.0 Ch2 土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 碎散性多孔介质 三相体系 孔隙流体流动 渗流水、气等在土体孔隙中流动的现象 渗透性 土具有被水、气等流体透过的性质
4、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 概述 能量差 压力差 渗流量 渗透变形 土石坝 防渗斜墙及铺盖 浸润线 透水层 不透水层 土石坝坝基坝身渗流 Ch2 土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 概述 渗水压力 扬压力 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 Ch2 土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 概述 渗流量 透水层 不透水层 天然水面 水井渗流 漏斗状潜水面 Q Ch2 土的渗透性和渗流问题 Per
5、meability and seepage problem of soil 概述 渗流量 原地下水位 渗流时地下水位 渠道渗流 Ch2 土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 概述 渗流滑坡 渗流滑坡 Ch2 土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 概述 Ch2 土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 概述 Teton坝 渗流量 渗透变形 渗水压力 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
6、渗透变形 扬压力 土坡稳定分析 挡水建筑物 集水建筑物 引水结构物 基坑等地下施工 边坡渗流 Ch2 土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 概述 2.1 土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil 一渗流中的水头与水力坡降 二渗流试验与达西定律 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 Ch2 土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 渗流模型渗流模型
7、实际土体中的渗流仅是流经土粒间的孔隙,由于土体孔隙 的形状、大小及分布极为复杂,导致渗流水质点的运动轨迹很 不规则,如图2-2(a)所示。考虑到实际工程中并不需要了解具 体孔隙中的渗流情况，可以对渗流作出如下二方面的简化。 2.1 土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil Ch2 土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 图2.2 (a) 水在土孔隙中的流动(b) 渗流模型 2.1 土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil C
8、h2 土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 图2.2 (a) 水在土孔隙中的流动 (b) 渗流模型 渗流的简化渗流的简化： 一一 是不考虑渗流路径的迂回曲折是不考虑渗流路径的迂回曲折，只分析它的主要流向，只分析它的主要流向 ； 二二 是不考虑土体中颗粒的影响，是不考虑土体中颗粒的影响，认为孔隙和土粒所占的认为孔隙和土粒所占的 空间之总和均为渗流所充满。空间之总和均为渗流所充满。 作了这种简化后的渗流其实只是一种作了这种简化后的渗流其实只是一种假想假想的土体渗流，的土体渗流， 称之为称之为渗流模型渗流模型 。 （1）在同一过水断面
9、，渗流模型的流量等于真实渗流 的流量； （2）在任意截面上，渗流模型的压力与真实渗流的压 力相等； （3）在相同体积内，渗流模型所受到的阻力与真实渗 流所受到的阻力相等。 2.1 土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil Ch2 土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 使渗流模型在渗流特性上与真实的渗流相一 致，它还应该符合以下要求： 渗透速度实际上是一种假想的平均速度！ n原因：假设水在土中渗流是通过整个土面积，而实际上 水仅通过土体中的孔隙 n结果：水在土体中渗流的实际平均
10、速度（ ）比达西 定律求得的值大得多。 连续性原理 2.1 土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil Ch2 土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 一渗流中的水头与水力坡降 A B L 透水层 不透水层 基坑 板桩墙 2.1 土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil Ch2 土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil A B L h1 h2 zA zB h 00
11、基准面 水力坡降线 总水头单位质量水体所具有的能量 流速水头0 A点总水头： B点总水头： 总水头： 水力坡降： 一渗流中的水头与水力坡降 2.1 土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil Ch2 土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 试验前提：层流 断面平均流速 水力坡降 （水力梯度） 1.渗透试验 试验结果 试验装置：如图 试验条件: 量测变量: 二渗透试验与达西定律 2.1 土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil
12、Ch2 土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 2. 达西定律 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。 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i1时的渗流速度 单位：mm/s, cm/s, m/s, m/day 二渗透试验与达西定律 2.1 土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil Ch2 土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 2.
13、达西定律 渗透定律 注意： V：假想渗流速度，土体试样全断面的平均渗流速度 Vv：实际平均渗流速度，孔隙断面的平均渗流速度 二渗透试验与达西定律 2.1 土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil Ch2 土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 适用条件 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。 2. 达西定律 二渗透试验与达西定律 2.1 土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil Ch2 土的渗透性
14、和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 粗粒土： 砾石类土中的渗流不符合达西定律 砂土中渗透速度 vcr=0.3-0.5cm/s o 两种特例 粘性土： 致密的粘土 i o 2. 达西定律 二渗透试验与达西定律 2.1 土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil Ch2 土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 起始水力梯度 （水力坡降） i 室内试验测定方法 野外试验测定方法 常水头试验法 变水头试验法 井孔抽水试验 井孔注水
15、试验 三渗透系数的测定及影响因素 2.1 土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil Ch2 土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 1. 测定方法 室内试验方法1常水头试验法 结果整理 试验装置：如图 试验条件: h，A，L=const 量测变量: Q，t 适用土类：透水性较大的砂性土 流体总体积 三渗透系数的测定及影响因素 2.1 土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil Ch2 土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 1. 测定方法 室内试验方法2变水头试验法
