土力学 第3章 土的渗透性

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1、第1章作业讲解1-13 1-13 某某土土样的含水样的含水量量为为6 6，天然天然重度为重度为16kN16kN/ /m m3 3，土土粒粒比比重为重为某样的含水为某样的含水为 ，然重度为然重度为/ /，粒重为粒重为 2.70，若土的孔隙比不变，为使土样能够完全饱和，问1000cm2.70，若土的孔隙比不变，为使土样能够完全饱和，问1000cm3 3 土样中需加多少水？土样中需加多少水？ 解答：解答：%60=w3 0/16mkN=70. 2=sG31000cmV =1000cmVgGgVmgws ss ss1=1)1 (00 0+=wes%)61 (10172)1 (Gsw mmw0 0=000

2、000 1mm mmm wwwwsw=+=+7887. 0116%)61 (1017 . 21)1 (001 0=+=+=wgGewss SwGee=0%100=rS00000 0011wwVgwwmmw+=+=Vmw415091100016100rS0r%21.2970. 27887. 00=sGewgwVgwmw s4 .150906. 11000106 10000=+=00wmmsw=wmmsw=gwwmmmmswww33.350%)6%21.29(4 .1509)(00=第1章作业讲解z/b=1.15 l/b=1.7l/b=1 7l/b=1.7z/b=1.151.61.8 1.00.1

3、9140.1955 1.20.17050.1757l/b=1.7/z/b=1.151.7 1.00.19345 1.20.1731l/b=1.7/z/b=1.151.7 0.1781第三章土的渗透性第 3 章土的渗透性四 川 大 学 水 电 学 院四 川 大 学 水 电 学 院 省岩土工程重点实验室省岩土工程重点实验室省岩土工程重点实验室省岩土工程重点实验室第三章土的渗透性： 内容3.13.1 概述概述3.13.1 概述概述 3.2 土的渗透理论3.2 土的渗透理论 3 33 3 二维渗流与流网二维渗流与流网3 3. .3 3 二维渗流与流网二维渗流与流网 3.4 渗透力及渗透破坏类型3.4

4、渗透力及渗透破坏类型 3.5 有效应力原理3.5 有效应力原理第三章3.1 概述碎散性多孔介质多孔介质渗流渗流碎散三相体三相体系系能量差能量差系系孔隙流体流动孔隙流体流动土颗粒土中水土颗粒土中水渗流渗流水、气等流体在土孔隙或其它透水 性介质（如土工建筑物）中的流动水、气等流体在土孔隙或其它透水 性介质（如土工建筑物）中的流动 现象现象渗透性渗透性土土体等多体等多孔孔介质介质具具有有被水、气被水、气等等流流渗透性渗透性体等多介质有体等多介质有等等 体透过的性质体透过的性质 渗透特性渗透特性 应力变形度非饱和土的渗透性非饱和土的渗透性应力、变形、强度 和稳定饱和土的渗透性饱和土的渗透性第三章3.1

5、 概述板桩围护下的基坑渗流板桩围护下的基坑渗流板桩围护下的基坑渗流板桩围护下的基坑渗流渗水压力渗水压力板桩墙板桩墙渗水压力渗水压力渗流量渗流量基坑基坑渗流量渗流量渗透变形渗透变形基坑基坑扬压力扬压力渗透变形渗透变形透水层透水层扬压力扬压力不透水层不透水层第三章3.1 概述土石坝坝基坝身渗流土石坝坝基坝身渗流土石坝坝基坝身渗流土石坝坝基坝身渗流土石坝土石坝防渗斜墙及铺盖防渗斜墙及铺盖渗流量浸润线浸润线 渗流量渗透变形透水层透水层渗透变形透水层透水层不透水层不透水层不透水层不透水层第三章3.1 概述水井渗流水井渗流Q水井渗流水井渗流Q天然水面天然水面渗流量渗流量透水层透水层渗流量渗流量不透水层不透

6、水层第三章3.1 概述降雨入渗引起的滑坡降雨入渗引起的滑坡降雨入渗引起的滑坡降雨入渗引起的滑坡渗流问题：渗流问题：渗透力？渗透力？ 入渗过程入渗过程？入渗过程入渗过程？第三章3.2 土的渗透理论3.1 概述3.1 概述 3.2 土的渗透理论3.2 土的渗透理论 3 33 3 二维渗流与流网二维渗流与流网3 3. .3 3 二维渗流与流网二维渗流与流网 3.4 渗透力及渗透破坏类型3.4 渗透力及渗透破坏类型 3.5 有效应力原理3.5 有效应力原理1. 1.水力梯度或水力水力梯度或水力坡坡降降第三章3.2 土的渗透理论水力梯度或水力降水力梯度或水力降水头（总能量）水头（总能量）：gvuzhw2

7、2 +=Au hz：位置水头 （基准面高程）：位置水头 （基准面高程）A Bh1h2zw wBu u/u/w w：压力水头：压力水头B LzA zB 00基准面基准面v2/(2g)：流速水头0：流速水头0uzh +=+=测管水头测管水头：w 测管水头测管水头1. 1.水力梯度或水力水力梯度或水力坡坡降降第三章3.2 土的渗透理论水力梯度或水力降水力梯度或水力降A点总水头A点总水头Au hwA A1uzh+=+=A Bh1h2zw wBu B B点总水头点总水头BLzA zB 00基准面基准面Buzh+ +B B点总水头点总水头wB B2zh + += =hhhh 水力坡降水力坡降水头差水头差1

8、2hhh = Lhi = =层流层流：相邻两个水分子运动的轨迹互相平行而不混流状态相邻两个水分子运动的轨迹互相平行而不混流状态层流层流：相邻两个水分子运动的轨迹互相平行而不混流状态相邻两个水分子运动的轨迹互相平行而不混流状态紊流紊流：相邻两个水分子运动的轨迹互相混交，呈不规则运动：相邻两个水分子运动的轨迹互相混交，呈不规则运动2.达2.达西定律西定律第三章3.2 土的渗透理论西定律西定律 1856年，Darcy 对均匀的砂土 进行了一维渗透试验，得出了1856年，Darcy 对均匀的砂土 进行了一维渗透试验，得出了 层流条件层流条件下，土中渗透速度与 能量（水头）损失之间关系的下，土中渗透速度

9、与 能量（水头）损失之间关系的 渗透规律渗透规律即即达西定律达西定律试验条件试验条件：层流层流; ; 恒定流恒定流渗透规律渗透规律，即即达西定律达西定律。试验条件试验条件：层流层流; ; 恒定流恒定流试验结果试验结果达西渗透试验装置达西渗透试验装置h=h1-h2q=V/tQh，q A，qLhAQAQv =hiv A，q L， qLLhi=第三章3.2 土的渗透理论达西定律达西定律：LhkkiAqv=达西定律达西定律：单位时间的渗水量单位时间的渗水量3 3/ /q q: : 单位时间的渗水量单位时间的渗水量，cmcm3 3/ /s s； v v: : 断面平均渗流速度，cm/s；断面平均渗流速度

10、，cm/s； 在在层流层流状态的渗流中状态的渗流中渗透速度渗透速度 与水力坡降与水力坡降i i的次方成正的次方成正k: : 反映土的透水性能的比例系数反映土的透水性能的比例系数称为渗透系数称为渗透系数；物理物理在在层流层流状态的渗流中状态的渗流中，渗透速度渗透速度v v与水力坡降与水力坡降i i 的的一一次方成正次方成正 比，并与比，并与土的性质土的性质有关。有关。 k: : 反映土的透水性能的比例系数反映土的透水性能的比例系数，称为渗透系数称为渗透系数；物理物理 意义：为意义：为水力梯度水力梯度i i=1时的渗流速度=1时的渗流速度； 单位：； 单位： mm/s, cm/s, m/s, m/

11、day 。,y 。v：假想渗流速度，土体试样全断面的平均渗流速度;假想渗流速度，土体试样全断面的平均渗流速度;v ：实际平均渗流速度实际平均渗流速度孔隙断面的平均渗流速度孔隙断面的平均渗流速度vr：实际平均渗流速度实际平均渗流速度，孔隙断面的平均渗流速度孔隙断面的平均渗流速度。qvA vrArAqrrAr=nAnv nAvAvr=2.达2.达西定律西定律第三章3.2 土的渗透理论hkkiqv=西定律西定律 LkkiAv= 适用条件：适用条件： 岩岩土工土工程中的程中的绝大绝大多多数数渗渗流流问题问题，包包括砂括砂土土或或一一般粘般粘土土，岩程中的多渗问题岩程中的多渗问题，括砂或般粘括砂或般粘，

12、 均属层流范围；在粗粒土孔隙中，水流形态可能会随流速 增大呈紊流状态，渗流不再服从达西定律；可用雷诺数均属层流范围；在粗粒土孔隙中，水流形态可能会随流速 增大呈紊流状态，渗流不再服从达西定律；可用雷诺数R Re e 进行判断进行判断进行判断进行判断。10 ev dR=R Re e5时层流；5时层流；R Re e200时紊流；200200时紊流；200 R R5 5时为过渡区时为过渡区R Re e5 5时为过渡区时为过渡区 。第三章3.2 土的渗透理论 3.测定方法3.测定方法室内试验测定方法室内试验测定方法常水头试验法 变水头试验法常水头试验法 变水头试验法常水头试验法常水头试验法井孔抽水试验

13、 井孔注水试验井孔抽水试验 井孔注水试验野外试验测定方法野外试验测定方法常水头试验法常水头试验法 在整个试验过程中，在整个试验过程中，水头保持不变水头保持不变 。常水头法适用于常水头法适用于透水性强的无粘透水性强的无粘。常水头法适用于常水头法适用于透水性强的无粘透水性强的无粘 性土性土。 试验条件: 试验条件: h，A，L=const结果整理量测变量: 结果整理量测变量: Q，tQ=qt=vAt v=kihtAQLk=i=h/L第三章3.2 土的渗透理论 变水头试验法变水头试验法 在整个试验过程中，水头是随着时 间而变化的。适用于在整个试验过程中，水头是随着时 间而变化的。适用于透水性弱的粘透

14、水性弱的粘 性土性土性土性土。 试验条件: 试验条件: a，A，L=const 量测变量量测变量: : h ，t 结果整理结果整理量测变量量测变量: : h ，t t时刻时刻： hdtdhdQi= - adh流入量流入量：dQiadhdQo=kiAdt=k (h/L)Adt流入量流入量：流出量：流出量：连续条件连续条件dQi=dQo连续连续性性条件条件：-adh =k (h/L)Adthdh kAaLdt=hdh kAaLdthhtt=21212112ln)(hh ttAaLk=2112lg)(3 . 2hh ttAaLk=第三章作业3838 3939 310310 3 312123 3121

15、2第三章3.2 土的渗透理论野外测定方法野外测定方法抽水试验和注水试验法抽水试验和注水试验法r观察井观察井假定水流是水平流向；假设过水断面上各处水 力梯度为常数。假定水流是水平流向；假设过水断面上各处水 力梯度为常数。单位渗水量qr1rr2A=2rhi=dh/drdrdhkrhAkiq=2井dhdrdrkhdhrdrq2=地下水位测压管水面地下水位测压管水面h1hh2=21212hhrrhdhkrdrq不透水层不透水层)(ln2 12 2 12hhkrrq=)/ln(rrq优点：可获得现场较为可 靠的平均渗透系数优点：可获得现场较为可 靠的平均渗透系数不透水层不透水层2 12 212)/ln( hhrrqk=12)/lg(32rrqk 缺点：费用较高，耗时较长缺点：费用较高，耗时较长2 12 212)g(3 . 2hhqk=第三章上节知识复习渗渗流流渗渗 渗透性 水头（总能量）：位置水头、压力水头和流速水头渗透性 水头（总能量）：位置水头、压力水头和流速水头 测管水头测管水头测管水头测管水头 水力坡降水力坡降 层流与稳流及判断方法层流与稳流及判断方法Lhi=层流与稳流及判断方法层流与稳流及判断方法 达西定律达西定律 hkkiq LkkiAqv=渗透系渗透系数：数：单位单位、物