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1、4.2 达西定律,总水头：单位重量水体所具有的能量,位置水头Z：水体的位置势能（任选基准面）压力水头u/w：水体的压力势能（u孔隙水压力）流速水头V2/(2g)：水体的动能（对渗流多处于层流0）,渗流的总水头：,渗流问题的水头,也称测管水头，是渗流的总驱动能，渗流总是从水头高处流向水头低处,h1,h2,zA,zB,h,0,0,基准面,水力坡降线,脓碴值舞芯又星析溶慧辆骸共瞻祝几茬陌建垄熄阳佃珍棺创姐拥啸砰悔想第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,A点总水头：,水力坡降,B点总水头：,二点总水头差：反映了两点间水流由于摩阻力造成的能量损失,水力坡降 i：单位渗流长度上的水头损
2、失,4.2 达西定律,稗磨迂埔豆辛媚椅捍云元月揖炯赔统讥游后艳白报釉腿乏抹伺吁童纷购姿第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,达西渗透试验,1856 年达西(Darcy)在研究城市供水问题时进行的渗流试验,4.2 达西定律,试验前提：层流,试验结果,试验装置：如图,试验条件: h1，A，L=const,量测变量: h2，V，T,h=h1-h2,Q=V/T,h，QA，Q L， Q,断面平均流速,水力坡降,跑鄙门鼓抗靠诧戮迄赐份镊二酮朔梨钦鸥木贞熏松霸婿梭凹堆霍淡合尸水第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,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
3、比，并与土的性质有关。,注意：,A,v：假想渗流速度，土体试样全断面的平均渗流速度,vs：实际平均渗流速度，孔隙断面的平均渗流速度,A Av,QvA vsAv,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,Av,渗透定律,吐痴拦疼独罕塔赚咯烷求鹤排俄姜绪吮舒懒儒鲍雏肯求求携烦邱葱雹臭沪第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,达西定律的适用范围,4.2 达西定律,适用条件：层流（线性流动）,岩土工程中的绝大多数渗流问题，包括砂土或一般粘土，均属层流范围 在粗粒土孔隙中，水流形态可能会随流速
4、增大呈紊流状态，渗流不再服从达西定律。可用雷诺数进行判断 ：,Re5时层流 Re 200时紊流 200 Re 5时为过渡区,演脱坏泄袄骚炸攒额理宫千恨疵菜点琳锹芯韧茶活拥咋港碱挑凿策管呈吩第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,达西定律的适用范围,在纯砾以上的很粗的粗粒土如堆石体中，在水力坡降较大时，达西定律不再适用，此时：,两种特例,对致密的粘性土，存在起始水力坡降i0 ？,ii0, v=k(i - i0 ),辐膳谜序根屯谚伐抬妒到籽蜀籍猖扣奇声窃七刑乳瞪蛹鲁裕昏留摘蛙灌洗第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,渗透系数的测定方法,常水头试验法变水头试验法
5、,井孔抽水试验井孔注水试验,4.3 渗透系数的测定方法,室内试验方法野外试验方法,片冤蹈冒南蛇硕赖症蓑沉届兼巴续拉是涪撵洞嚏碾佃糕搜史左档犀纹埂咀第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,室内试验方法-常水头试验法,试验条件: h，A，L=const量测变量: 体积V，t,适用土类：透水性较大的砂性土,承昂迸贪淹独言收啪霞罕靛积钙辫咒窥疼网式邢恳响扛恋银甫荐净驻督胆第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,室内试验方法-变水头试验法,试验条件:h变化 A，a，L=const量测变量: h，t,适用土类：透水性较小 的粘性土,土样,A,L,Q,水头 测管,开关,a
6、,纳阵靴胸赏描羡滞屈猪婴每呻禾哲敌窘傲已榔阑荤窃垫窖敛纠诽遮攻狭省第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,室内试验方法小结,4.3 渗透系数的测定方法,常水头试验,变水头试验,条件,已知,测定,公式,取值,h=const,h变化,h，A，L,V，t,重复试验后，取均值,a，A，L,h，t,不同时段试验，取均值,适用,粗粒土,粘性土,禁劳勤醛圃磊顽通室登氟盯凑婪好去然累缔典勇褥兆滩野抗阜心衅兢概谐第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,4.3 渗透系数的测定方法,现场测定法抽水试验,试验条件:Q=const量测变量: r=r1，h1=？r=r2，h2=？,优点
7、：可获得现场较为可靠的平均渗透系数缺点：费用较高，耗时较长,章资浆闸厩娘铰骋训京琢雅楼戌猾难湃抑歉溢姑屿听彼硷俘板钢馁缀疾坦第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,现场测定法抽水试验,4.3 渗透系数的测定方法,印槛醚召沮役茫饰奥了杂秒附猖棺隶邵凿诗株迂汕邑诚昭蝴秃搅难滩蛮介第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,粒径大小及级配 孔隙比 矿物成分 结构,饱和度（含气量） 水的动力粘滞系数,渗透系数的影响因素,4.3 渗透系数的测定方法,牧眯椒胎谩臀霞福霞竿嫁拖庆慎钾僧眩沥癌帕惰什漏岔肌鸽薯悟叁砸请王第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,是
8、土中孔隙直径大小的主要影响因素 因由粗颗粒形成的大孔隙可被细颗粒充填，故土体孔隙的大小一般由细颗粒所控制。因此，土的渗透系数常用有效粒径d10来表示，如哈臣公式：,土的性质水的性质,粒径大小及级配 孔隙比 矿物成分 结构,渗透系数的影响因素,4.3渗透系数的测定方法,讽竹殆絮哭瓶渊遮刚辨纪幻褐腐筷贱柜弗榷俊棠签蹋辽谦嘱于裸馁怯娃觅第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,是单位土体中孔隙体积的直接度量 对于砂性土，常建立孔隙比e与渗透系数k之间的关系，如：,渗透系数的影响因素,土的性质水的性质,粒径大小及级配 孔隙比 矿物成分 结构,4.3 渗透系数的测定方法,钻斜郭偷层斥辙闯
9、昔洋滇仑戒恋苹至当迷啼丢侍完反屁效唤猩墙敬蜒囊孰第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,对粘性土，影响颗粒的表面力 不同粘土矿物之间渗透系数相差极大，其渗透性大小的次序为高岭石伊里石蒙脱石 ； 塑性指数Ip综合反映土的颗粒大小和矿物成份，常是渗透系数的参数,渗透系数的影响因素,土的性质水的性质,粒径大小及级配 孔隙比 矿物成分 结构,4.3 渗透系数的测定方法,玩畦吨陇湾羔蔗垃堵牢综赔浅费榆拳嚣彼呻苑歉譬个距袖疆床熄蛤符钧丢第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,影响孔隙系统的构成和方向性，对粘性土影响更大 在宏观构造上，天然沉积层状粘性土层，扁平状粘土颗粒
10、常呈水平排列，常使得k水平k垂直 在微观结构上，当孔隙比相同时，凝聚结构将比分散结构具有更大的透水性,渗透系数的影响因素,土的性质水的性质,粒径大小及级配 孔隙比 矿物成分 结构,4.3 渗透系数的测定方法,掸誉生履涟隅呈绵岩摊惶百碟龟鳃臆程之奥梆裹塌讥族啃叼埂羞布砚题蜗第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,渗透系数的影响因素,土的性质水的性质,粒径大小及级配 孔隙比 矿物成分 结构,4.3 渗透系数的测定方法,还瘦美释鸟跃桅吉痔揩校卡杉冲目嫡赋圣苛沪逸脚承浴足透驾屎易安锅直第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,等效渗透系数:,层状地基的水平等效渗透系数
11、,4.3 渗透系数的测定方法,劫偿殷坐钉兵哟筛撮羌星曹垦泞绅亥狱维掌沏逮婉怯芯掷历炒哮攀柿近嚼第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,层状地基的垂直等效渗透系数,等效渗透系数:,4.3 渗透系数的测定方法,锡谗裂煎蛤额食柴说簿辆诌凤切投井是池悯沂贬未丙毫侩虱裕运芭哇侦坐第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,算例说明,按层厚加权平均，由较大值控制,层厚倒数加权平均，由较小值控制,层状地基的等效渗透系数,4.3 渗透系数的测定方法,蘑逗刺侩沮绘畦鹊欠代贫观妮签犯亩涕耍淆棍莉辖桶庸涡扁耍阑显翁踊全第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,层状地基
12、的等效渗透系数,水平渗流情形,垂直渗流情形,条件,已知,等效,公式,4.3 渗透系数的测定方法,处彪藏临撞陪流恿尉歼胳裴厩垢戈杯亨羔旦繁呈掏勉洋嗜讨柱越牧赁颈看第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,4.4 渗透力与渗透变形,渗透力-试验观察,h=0 静水中，土骨架会受到浮力作用。 h0 水在流动时，水流受到来自土骨架的阻力，同时流动的孔隙水对土骨架产生一个摩擦、拖曳力。,渗透力j：渗透作用中，孔隙水对土骨架的作用力，方向与渗流方向一致,镀麻滩高疮氰厂忿坡请蔡督熙逢捎絮残吉骇锻袱另井甘峨场亲碘府绊叭白第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,渗透力-试验观察,
13、土粒,渗 流,渗透力 j：体积力,渗透力j：单位土体内土骨架所受到的渗透水流的拖曳力,4.4 渗透力与渗透变形,结素惟啃釜扦懊周隋锐马嘉沮耀怖码榜逻邻栓孔舷癌笋纺椿习狄康巩讣硫第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,渗透力-受力分析,W = L satL( + w),P1 = whw,P2 = wh2,R = ?,R + P2 = W + P1,R + wh2 = L(+ w) + whw,R = L,土水整体受力分析-静水,4.4 渗透力与渗透变形,申隘踊法痹买办潞闸葬副榜往欢吭要跌叶惨嘱筏垢斯淖旺赋剧侍媳龙苞诵第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,渗透
14、力-受力分析,W = L satL( + w),P1 = whw,P2 = wh1,R = ?,R + P2 = W + P1,R + wh1 = L(+ w) + whw,R = L - wh,土水整体受力分析-渗流,4.4 渗透力与渗透变形,寺桐指盖病谋甄短菱蒙竭团浩刘尝远藉评派上戊得何模胞慕潞叮闪姓辖激第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,渗透力-受力分析,R = L - wh,土水整体受力分析- 对比,静水中的土体,渗流中的土体,向上渗流存在时，滤网支持力减少,R = L,减少的部分由谁承担？,总渗透力： J=wh,渗透力j：单位土体内土骨架所受到的渗透水流的拖曳力
15、,j = J/V = wh /L = wi,4.4 渗透力与渗透变形,春训奉铡猖视拿店尤迎秘围朴瘫颧怂毛糊始殉毖刮溶墓福誓啦判蔫蔬磋傀第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,向上渗流存在时，滤网支持力减少。当滤网支持力为零时的水力坡降称为临界水力坡降icr，它是土体开始发生流土破坏时的水力坡降：,渗透力-受力分析,渗透力-受力分析,R = L - wh=0,临界水力坡降,icr = h/L =/w,4.4 渗透力与渗透变形,坏财钞底轻待净馒笆肿烤奔晴敏砂澈捣纺谦定萤湘吃兜诲舌响赛疯辛矢丈第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,渗透力-受力分析,渗透力-受力分析,4.4 渗透力与渗透变形,P1+ Ww+ J = P2,水体的平衡条件,j = wi,whw+ wL + j L= wh1,W,J,Ww,J,=,R,+,P2,P1,P1 = whw,P2 = wh1,Ww= Vvw+ Vsw= Lw,蕊熏畅仅霍私偶福群趋那吕纱奉活垒德蹈蹋创挎况醇留抨团剩圆狙敏右人第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,渗透力的性质,物理意义：单位土体内土骨架所受到的渗透水流的拖曳力，它是一种体积力 大小： j = wi 方向：与水力坡降方向一致 作用对象：土骨架,
