《岩土力学教案：第二章 土的渗透性与渗透问题》由会员分享，可在线阅读，更多相关《岩土力学教案：第二章 土的渗透性与渗透问题（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、教案表头第二章土的渗透性和渗透问题课堂教学实践教学课时32内容提要1达西定律；2渗透系数及其确定方法；3渗透力和渗透变形；4渗流工程问题与处理措施。能力培养要求1掌握水在土中渗透的基本规律，掌握渗透系数确定方法；2领会渗透力和渗透变形的概念；3了解渗流工程问题与处理措施。教学形式教师主讲、课堂讨论、学生讲评、提问答疑、工程案例分析等日期班级课室时间90min复习旧课时间min新课题目第一节 达西定律第二节 渗透系数及其确定方法教学目标1熟悉达西定律2领会测定土的渗透系数原理3了解渗透力与临界水力坡降的定义4熟悉渗透变形的类型及特点教学辅助资料多媒体课件、三角板等教学内容设计及安排第一节 达西定
2、律【基本内容】渗透在水位差作用下，水透过土体孔隙的现象。渗透性土具有被水透过的性能。一、达西定律v=ki =k 或用渗流量表示为q=vA=kiA 式中 v渗透速度，cm/s或m/d；q渗流量，cm3/s或m3/d；i =h/L水力坡降（水力梯度），即沿渗流方向单位距离的水头损失，无因次；h试样两端的水头差，cm或m；1L渗径长度；cm或m；k渗透系数，cm/s或m/d；其物理意义是当水力梯度i等于1时的渗透速度；A试样截面积，cm2或m2。【注意】由上式求出的v是一种假想的平均流速，假定水在土中的渗透是通过整个土体截面来进行的。水在土体中的实际平均流速要比达西定律采用的假想平均流速大。二、达西
3、定律的适用范围与起始水力坡降对于密实的粘土：由于结合水具有较大的粘滞阻力，只有当水力梯度达到某一数值，克服了结合水的粘滞阻力后才能发生渗透。起始水力梯度使粘性土开始发生渗透时的水力坡降。(a) 砂土 (b) 密实粘土 (c)砾石、卵石粘性土渗透系数与水力坡降的规律偏离达西定律而呈非线性关系，如图（b）中的实线所示，常用虚直线来描述密实粘土的渗透规律。 (2-3)式中 ib密实粘土的起始水力坡降；对于粗粒土中（如砾、卵石等）：在较小的i下，v与i才呈线性关系，当渗透速度超过临界流速vcr时，水在土中的流动进入紊流状态，渗透速度与水力坡降呈非线性关系，如图（c）所示，此时，达西定律不能适用。第二节
4、 渗透系数及其确定方法【基本内容】一、渗透试验1常水头试验常水头试验适用于透水性大（k10-3cm/s）的土，例如砂土。常水头试验就是在整个试验过程中，水头保持不变。试验时测出某时间间隔t内流过试样的总水量V，根据达西定律2即 2变水头试验粘性土由于渗透系数很小，流经试样的总水量也很小，不易准确测定。因此，应采用变水头试验。变水头试验就是在整个试验过程中，水头随时间而变化的一种试验方法。利用数学方法可得到渗透系数如用常用对数表示，上式可写为 二、影响渗透系数的因素【讨论】上述因素对渗透系数的影响三、成层土的渗透系数1平行层面渗透系数【讨论】对于成层土，如果各土层的厚度大致相近，而渗透性却相差悬
5、殊时，与层向平行的平均渗透系数将取决于最透水层的厚度和渗透性。2垂直层面渗透系数 【讨论】对于成层土，如果各土层的厚度大致相近，而渗透性却相差悬殊时，与层面垂直的平均渗透系数将取决于最不透水层的厚度和渗透性。 【例题先自习后讲解】 【例2-1】 设做变水头渗透试验的粘土试样的截面积为302，厚度为4cm，渗透仪细玻璃管的内径为0.4cm，试验开始时的水位差为160cm，经时段15分观察得水位差为52cm，试验时的水温为30，试求试样的渗透系数。【解题思路】 熟悉变水头公式 计算k20第三节 渗透力和渗透变形【基本内容】3一、渗透力和临界水力坡降1渗透力渗透力水在土体中流动时，渗透水流施加于单位
6、土粒上的拖曳力。 渗透力的特点 【讨论】渗透力对土体稳定的影响2临界水力坡降使土体开始发生渗透变形的水力坡降。设计时，将渗流逸出处的水力坡降控制在允许坡降i内，即ii二、渗透变形渗透水流将土体的细颗粒冲走、带走或局部土体产生移动，导致土体变形，这类问题称为渗透变形问题。1渗透变形的基本形式2流土的特点：发生于地基或土坝下游渗流出逸处，而不发生于土体内部。开挖基坑或渠道时常常遇到的流砂现象，就属于流土破坏。细砂、粉砂、淤泥等较易发生流土破坏。3管涌的特点：既可以发生在土体内部，也可以发生在渗流出口处。它的发展一般有个时间过程，是一种渐进性的破坏。管涌的临界水力梯度icr一般通过试验确定。【工程经
7、验】粘性土由于粒间具有粘聚力，连结较紧，常不出现管涌而只发生流土破坏；不均匀系数Cu10的匀粒砂土，在一定的水力梯度下，局部地区较易发生流土破坏；对Cu10的砂和砾石、卵石，分两种情况。当孔隙中细粒含量较少（小于30%）时，只要较小的水力坡降，就足以推动这些细粒发生管涌。如它们的孔隙中细粒增多，以至塞满全部孔隙（此时细料含量约为30%35%），便不出现管涌而会发生流土现象。【提问答疑】【本次课小结】1达西定律2测定渗透系数的方法3渗透力与渗透变形【复习思考】1 达西定律的适用条件有哪些？42实验室测定渗透系数的方法有哪两种？它们分别适用于什么情况？3何谓渗透力？其大小、方向、单位如何？4渗透变
8、形的基本形式有分哪两种？它们分别有什么特征？【课后作业】课后反馈意见5教案表头：日期班级课室时间45min复习旧课上节课主要内容及反馈信息时间min新课题目第四节 渗流工程问题与处理措施习题复习课教学目标1了解常见工程渗流问题及其处理措施2系统复习全章内容3提高学生学习积极性、提高学生解决问题能力教学辅助资料多媒体课件及相关工程资料教学内容设计及安排第四节 渗流工程问题与处理措施【基本内容】一、渗流工程问题1地下水的浮托作用2地下水的潜蚀作用3流砂 4基坑突涌二、防渗处理措施1水工建筑物渗流处理措施 水工建筑物的防渗工程措施一般以“上堵下疏”为原则，上游截渗、延长渗径，下游通畅渗透水流，减小渗
9、透压力，防止渗透变形。垂直截渗 垂直截渗墙、帷幕灌浆、板桩等都属于垂直截渗。设置水平铺盖 上游设置水平铺盖，延长水流渗透路径。设置反滤层在水工建筑物下游设置反滤层，既可通畅水流，又起到保护土体、防止细粒流失而产生渗透变形。排水减压为减小下游渗透压力，常常在水工建筑物下游、基坑开挖时，设置减压井或深挖排水槽。【工程实例】【讨论】采用上述措施的原理2基坑开挖防渗措施工程降水可采用明沟排水和井点降水的方法人工降低地下水位。设置板桩沿坑壁打入板桩，它一方面可以加固坑壁，同时增加了地下水的渗流路径，减小水力6坡降。水下挖掘在基坑或沉井中用机械在水下挖掘，避免因排水而造成流砂的水头差。为了增加砂的稳定性，也可向基坑中注水，并同时进行挖掘。基坑开挖防渗措施还有冻结法、化学加固法、爆炸法等。习题复习课【学生讲台解答作业】【学生互评】【教师点评】【工程防渗实例简介】【提问答疑】【本章小结】1层流状态，水在土中的渗透速度与试样的水力梯度（或水力坡降）成正比；2常水头试验适用于透水性大（k10-3cm/s）的土，变水头试验适用于粘性土；3渗透力是渗流对单位土体的作用力，其大小与水力坡降成正比；4渗透变形的基本形式分为流土和管涌，可按颗粒级配判别流土和管涌。【复习思考】1 渗透变形的基本形式有分哪两种？它们分别有什么特征？2工程上常用的防渗处理措施有哪些？【课后作业】课后反馈意见7
