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1、土力学第二章土的渗透性和渗透土力学第二章土的渗透性和渗透问题问题土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题第二章第二章不同的土不同的土具有不同的渗透能力具有不同的渗透能力，主要由土的，主要由土的颗粒组颗粒组成和孔隙比等成和孔隙比等决定。决定。土的透水性定量指标是土的透水性定量指标是渗透系数渗透系数，渗透系数越大，渗透系数越大，表示土的透水能力强。表示土的透水能力强。渗透系数渗透系数通常可通过通常可通过室内试验或经验估算法室内试验或经验估算法来确定。来确定。研究渗流问题的基本定律是研究渗流问题的基本定律是达西定律达西定律。渗流的作用是在土中产生渗流的作用是在土中产生渗透力渗透力，而渗透力的增大，而
2、渗透力的增大将导致土体发生将导致土体发生流砂或管涌两种渗透变形流砂或管涌两种渗透变形。渗流量渗流量渗透变形渗透变形土石坝土石坝防渗斜墙及铺盖防渗斜墙及铺盖浸润线浸润线透水层透水层不透水层不透水层土石坝坝基坝身渗流土石坝坝基坝身渗流Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 概述概述渗水压力渗水压力扬压力扬压力渗流量渗流量渗透变形渗透变形透水层透水层不透水层不透水层基坑基坑板桩墙板桩墙板桩围护下的基坑渗流板桩围护下的基坑渗流Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeabili
3、ty and seepage problem of soil 概述概述渗流量渗流量透水层透水层不透水层不透水层天然水面天然水面水井渗流水井渗流漏斗状潜水面漏斗状潜水面QCh2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 概述概述渗流量渗流量原地下水位原地下水位渗流时地下水位渗流时地下水位渠道渗流渠道渗流Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 概述概述渗流滑坡渗流滑坡渗流滑坡渗流滑坡Ch2 Ch2 土的渗透性和
4、渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 概述概述Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 概述概述Teton坝坝渗流量渗流量渗透变形渗透变形渗水压力渗水压力渗流滑坡渗流滑坡土的渗透性及渗透土的渗透性及渗透规律律二二维渗流及流网渗流及流网渗透力与渗透渗透力与渗透变形形扬压力扬压力土坡稳定分析土坡稳定分析挡水建筑物挡水建筑物 集水建筑物集水建筑物 引水结构物引水结构物 基坑等地下施工基坑等地下施工边坡渗流边坡渗流Ch2 Ch2 土
5、的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 概述概述2.1 2.1 土的渗透性与渗透规律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一渗流中的水头与水力坡降二渗流试验与达西定律二渗流试验与达西定律三渗透系数的测定及影响因素三渗透系数的测定及影响因素能量方程能量方程渗流速度的规律渗流速度的规律渗透特性渗透特性四层状地基的等效渗透系数四层状地基的等效渗透系数地基的渗透系数地基的渗透系数Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Pe
6、rmeability and seepage problem of soil 渗流模型渗流模型 实际土体中的渗流仅是流经土粒间的孔隙实际土体中的渗流仅是流经土粒间的孔隙,由于土体孔隙由于土体孔隙的形状、大小及分布极为复杂的形状、大小及分布极为复杂,导致渗流水质点的运动轨迹很导致渗流水质点的运动轨迹很不规则不规则,如图如图2-2(a)所示。考虑到实际工程中并不需要了解具所示。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。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 2.1 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 Permeability and
7、 seepage law of soil Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题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 2.1 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题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：一一一一 是不考虑渗
8、流路径的迂回曲折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；，只分析它的主要流向；，只分析它的主要流向；二二二二 是不考虑土体中颗粒的影响，是不考虑土体中颗粒的影响，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。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
9、只是一种假想假想假想假想的土体渗流，的土体渗流，的土体渗流，的土体渗流，称之为称之为称之为称之为渗流模型渗流模型渗流模型渗流模型 。（1 1 1 1）在）在）在）在同一过水断面同一过水断面同一过水断面同一过水断面，渗流模型的流量渗流模型的流量渗流模型的流量渗流模型的流量等于等于等于等于真实渗流真实渗流真实渗流真实渗流的流量的流量的流量的流量； （2 2 2 2）在）在）在）在任意截面上任意截面上任意截面上任意截面上，渗流模型渗流模型渗流模型渗流模型的压力与的压力与的压力与的压力与真实渗流真实渗流真实渗流真实渗流的的的的压压压压力相等力相等力相等力相等； （3 3 3 3）在相同体积内，）在相同
10、体积内，）在相同体积内，）在相同体积内，渗流模型渗流模型渗流模型渗流模型所受到的所受到的所受到的所受到的阻力阻力阻力阻力与真与真与真与真实渗实渗实渗实渗流所受到流所受到流所受到流所受到的阻力的阻力的阻力的阻力相等相等相等相等。 2.1 2.1 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题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
11、：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！渗透速度实际上是一种假想的平均速度！n n原因：原因：原因：原因：假设水在土中渗流是通过整个土面积，而实际上水假设水在土中渗流是通过整个土面积，而实际上水假设水在土中渗流是通过整个土面积，而实际上水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仅通过土体中的孔隙仅通过土体中的孔隙仅通过土体中的孔隙n n结果：结果：结果：结果：水在土体中渗流的实际平均速度（水在土体中渗流的实际平均速度（水在土体中渗流的实际平均速度（水在土体中渗流的实际平均速度（ ）比达西定律）比达西定律）比达西定律）比达西定律求得的值大得多。求得的
12、值大得多。求得的值大得多。求得的值大得多。连续性原理2.1 2.1 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题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一渗流中的水头与水力坡降ABL透水层透水层不透水层不透水层基坑基坑板桩墙板桩墙2.1 2.1 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗
13、透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil ABLh1h2zAzBh h00基准面基准面水力坡降线水力坡降线总水水头单位质量水体所具有的能量单位质量水体所具有的能量流速水流速水头0A点点总水水头：B点点总水水头：总水水头：水力坡降：水力坡降：一渗流中的水头与水力坡降一渗流中的水头与水力坡降2.1 2.1 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem
14、of soil 试验前提前提：层流流断面平均流速断面平均流速水力坡降水力坡降（水力梯度）（水力梯度）1.1.渗透试验渗透试验试验结果果试验装置：装置：如如图试验条件条件:量量测变量量:二渗透试验与达西定律二渗透试验与达西定律2.1 2.1 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 2. 达西定律达西定律 渗透定律在在层流状流状态的渗流中，渗透速度的渗流中，渗透速度v与水与水力坡降力坡
15、降i的一次方成正比，并与土的性的一次方成正比，并与土的性质有关。有关。k: 反映土的透水性能的比例系数，称反映土的透水性能的比例系数，称为渗透系数渗透系数物理意物理意义：水力坡降水力坡降i1时的渗流速度的渗流速度单位：位：mm/s, cm/s, m/s, m/day二渗透试验与达西定律二渗透试验与达西定律2.1 2.1 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 2. 达西定律达西定律
16、 渗透定律注意：注意：V：假想渗流速度假想渗流速度，土体，土体试样全断面的平均渗流速度全断面的平均渗流速度Vv：实际平均渗流速度平均渗流速度，孔隙断面的平均渗流速度，孔隙断面的平均渗流速度二渗透试验与达西定律二渗透试验与达西定律2.1 2.1 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 适用条件适用条件层流（线性流）层流（线性流）大部分砂土，粉土；大部分砂土，粉土； 疏松的粘土及砂性较
17、重的粘性土。疏松的粘土及砂性较重的粘性土。2. 达西定律达西定律二渗透试验与达西定律二渗透试验与达西定律2.1 2.1 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 粗粒土：粗粒土：砾石类土中的渗流不符合达西定律砾石类土中的渗流不符合达西定律砂土中渗透速度砂土中渗透速度 vcr=0.3-0.5cm/so 两种特例两种特例粘性土：粘性土：致密的粘土致密的粘土 io2. 达西定律达西定律二渗
18、透试验与达西定律二渗透试验与达西定律2.1 2.1 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题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室内试验测定方法室内试验测定方法野外试验测定方法野外试验测定方法常水常水头试验法法变水水头试验法法井孔抽水井孔抽水试验井孔注水井孔注水试验三渗透系数的测定及影响因素三渗透系数的测定及影响因素2.1 2.1 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 Permeabil
19、ity and seepage law of soil Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 1. 1. 测定方法测定方法 室内室内试验方法方法1常水常水头试验法法结果整理果整理试验装置：如装置：如图试验条件条件: h，A，L=const量量测变量量: Q，t适用土适用土类：透水性透水性较大的砂性土大的砂性土流体总体积流体总体积三渗透系数的测定及影响因素三渗透系数的测定及影响因素2.1 2.1 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law
20、of soil Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 1. 1. 测定方法测定方法 室内室内试验方法方法2变水水头试验法法试验装置：装置：如如图试验条件条件: h变化化，A，L=const量量测变量量: h ，t透水性较小的粘性土透水性较小的粘性土常水常水头法法仅适用于：适用于：透水性透水性较大的砂性土大的砂性土三渗透系数的测定及影响因素三渗透系数的测定及影响因素2.1 2.1 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil
21、Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 1. 1. 测定方法测定方法 室内室内试验方法方法2变水水头试验法法理理论依据依据:t时刻：刻： htdhdQe= - adhdQe=dQo流入量流入量：流出量：流出量：连续性条件：性条件：三渗透系数的测定及影响因素三渗透系数的测定及影响因素2.1 2.1 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability a
22、nd seepage problem of soil 1. 1. 测定方法测定方法起始水头高度时间定为时间定为t1, t2, 水头为水头为h1, h2, 常水头试验常水头试验变水头试验变水头试验条件条件已知已知测定测定算定算定取值取值h=consth变化变化h，A，LQ，t重复重复试验后，取均后，取均值A，A，Lh，t 室内室内试验方法方法不同不同时段段试验，取均，取均值适用适用粗粒土粗粒土粘性土粘性土三渗透系数的测定及影响因素三渗透系数的测定及影响因素2.1 2.1 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil Ch2 C
23、h2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 1. 1. 测定方法测定方法 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优点：可点：可获得得现场较为可可靠的平均渗透系数靠的平均渗透系数地下水位地下水位测压管水面管水面井井单位位时间抽水量抽水量qr1rr2dhdrh1hh2不透水不透水层（无（无压完整井）完整井）观察井察井缺点：缺点：费用用较高，耗高，耗时较长三渗透系数的测定及影响因素三渗透系数的测定及影响因素2.1 2.1 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 Permeability
24、and seepage law of soil Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 1. 1. 测定方法测定方法 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井井单位位时间抽水量抽水量qr1rr2dhdrh1hh2观察井察井三渗透系数的测定及影响因素三渗透系数的测定及影响因素2.1 2.1 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Perme
25、ability and seepage problem of soil 1. 1. 测定方法测定方法 若在试验中不设观测井，则需测定抽水井的水深h0，并确定其降水影响半径R，此时降水影响范围内的平均渗透系数为：H井半径降水影响半径井的水深无压非完整井参见书上无压非完整井参见书上P46公式！公式！不透水不透水层（无（无压完整井）完整井） 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井井抽水量抽水量Q2r0R不透水不透水层（无（无压非完整井）非完整井）三渗透系数的测定及影响因素三渗透系数的测定及影响因素2.1 2.1 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 Permeabil
26、ity and seepage law of soil Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 1. 1. 测定方法测定方法公式（2-8）P46Hh0hR的取值对k的影响不大，在无实测资料时可采用经验值计算。通常透水层（如卵石、砾石层）R=200m300m以上；中等透水层（如中砂、细砂等）R=100m200m左右。三渗透系数的测定及影响因素三渗透系数的测定及影响因素2.1 2.1 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil
27、Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 1. 1. 测定方法测定方法经验估算法：经验估算法：1911年哈森（A.Hanzen）1955年太沙基（K.Terzaghi）有效粒径 mm渗透系数 cm/s粒径大小及粒径大小及级配配孔隙比孔隙比矿物成分物成分结构构l水的水的动力粘滞系数力粘滞系数l饱和度（含气量）和度（含气量）对k影响很大，封影响很大，封闭气泡。气泡。三渗透系数的测定及影响因素三渗透系数的测定及影响因素2.1 2.1 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 Permeability a
28、nd seepage law of soil Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 2. 2. 影响因素影响因素三渗透系数的测定及影响因素三渗透系数的测定及影响因素2.1 2.1 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 2. 2. 影响因素影响因素表2-1 土的渗透系数参考值P47
29、土的类别土的类别土的类别土的类别k/cm/sk/cm/s土的类别土的类别土的类别土的类别k/cm/sk/cm/s粘土粘土粘土粘土10-7 10-1 10-1细砂细砂细砂细砂10-310-3等效渗透系数确立各确立各层的的ki根据渗流方向确定等效渗流系数根据渗流方向确定等效渗流系数天然土天然土层多呈多呈层状状四层状地基的等效渗透系数四层状地基的等效渗透系数2.1 2.1 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage pro
30、blem of soil xzL1122不透水不透水层-水平渗流水平渗流条件条件:等效渗透系数等效渗透系数:四层状地基的等效渗透系数四层状地基的等效渗透系数2.1 2.1 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil xzv承承压水水条件条件:等效渗透系数等效渗透系数:vi = ki (hi/Hi)-竖直渗流竖直渗流四层状地基的等效渗透系数四层状地基的等效渗透系数2.1 2.1 土的渗透
31、性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 水平渗流情形水平渗流情形垂直渗流情形垂直渗流情形条件条件已知已知等效等效推定推定四层状地基的等效渗透系数四层状地基的等效渗透系数2.1 2.1 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and
32、seepage problem of soil 算例算例说明明 按按层厚加厚加权平均，由平均，由较大大值控制控制倒数倒数层厚加厚加权平均，由平均，由较小小值控制控制四层状地基的等效渗透系数四层状地基的等效渗透系数2.1 2.1 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题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一渗流中的水头与水力坡降二渗透试验与达西定律二渗透试验与达西定律三渗透系数的测定及影响因素三
33、渗透系数的测定及影响因素能量方程能量方程渗流速度的规律渗流速度的规律渗透特性渗透特性四层状地基的等效渗透系数四层状地基的等效渗透系数地基的渗透系数地基的渗透系数2.1 2.1 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 作业作业2-12-32-42-52-72.1 2.1 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil
34、 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 第二章第二章2.2 2.2 平面渗流与流网平面渗流与流网 Plane seepage and flow net 2.3 2.3 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形 Seepage force and seepage deformaton Laplace方程方程一一. . 平面渗流的基本方程及求解平面渗流的基本方程及求解 连续性条件连续性条件假定：假定： hh h恒定恒定稳定渗流定渗流取单宽：取单宽： dy=1与时间无关与时间无关达西定律达西定律平面渗流的基本方程平面渗流的
35、基本方程 1. 基本方程基本方程2.2 2.2 平面渗流与流网平面渗流与流网 Plane seepage and flow netCh2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 连续性条件连续性条件 达西定律达西定律假定假定 Laplace方程方程1. 基本方程基本方程一一. . 平面渗流的基本方程及求解平面渗流的基本方程及求解 2.2 2.2 平面渗流与流网平面渗流与流网 Plane seepage and flow netCh2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeabili
36、ty and seepage problem of soil 与与kx, kz无关无关满足它的是两个共轭调合函数满足它的是两个共轭调合函数 势函数和流函数势函数和流函数 Laplace方程方程n 特点特点描述渗流场内部的测管水头的分布，描述渗流场内部的测管水头的分布，是平面稳定渗流的基本方程式是平面稳定渗流的基本方程式1. 基本方程基本方程一一. . 平面渗流的基本方程及求解平面渗流的基本方程及求解 2.2 2.2 平面渗流与流网平面渗流与流网 Plane seepage and flow netCh2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and see
37、page problem of soil 2. 求解方法求解方法 确定渗流场内各点的确定渗流场内各点的测管水头测管水头h的分布的分布基本方程基本方程边界条件边界条件定解条件定解条件一一. . 平面渗流的基本方程及求解平面渗流的基本方程及求解 2.2 2.2 平面渗流与流网平面渗流与流网 Plane seepage and flow netCh2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 解析方法解析方法试验比比拟方法方法（电比比拟方法）方法） 数数值方法方法图解法解法 流网流网近似求解方法近似求解方法 适
38、用于适用于边界条件界条件简单的情况的情况 通解：通解：两个共两个共轭调和函数和函数势函数函数(x,z)流函数流函数(x,z)等等势线流流线相互正交相互正交边界条件边界条件特定解特定解差分法、有限元方法，精度高，差分法、有限元方法，精度高，应用愈来愈广泛用愈来愈广泛 理理论基基础：解析法的解析法的结果果2. 求解方法求解方法 一一. . 平面渗流的基本方程及求解平面渗流的基本方程及求解 2.2 2.2 平面渗流与流网平面渗流与流网 Plane seepage and flow netCh2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage pro
39、blem of soil 流流 网网渗流场中的两族相互正交曲线渗流场中的两族相互正交曲线 等势线和流线所形成的网络状曲线簇。等势线和流线所形成的网络状曲线簇。流流 线线水质点运动的轨迹线水质点运动的轨迹线 （稳定渗流流线和迹线重合稳定渗流流线和迹线重合）。）。等势线等势线测管水头相同的点之连线测管水头相同的点之连线 。流网法流网法通过绘制流线与势线的网络状曲线簇通过绘制流线与势线的网络状曲线簇 来求解渗流问题。来求解渗流问题。二二. . 流网的绘制及应用流网的绘制及应用 2.2 2.2 平面渗流与流网平面渗流与流网 Plane seepage and flow netCh2 Ch2 土的渗透性
40、和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil Hh0流网性质：流网性质： （1）流网是正交的；）流网是正交的； （2）流网为曲边正方形；）流网为曲边正方形； （3）任意相邻等势线间的）任意相邻等势线间的水头损失相等；水头损失相等； （4）任意两相邻流线间的）任意两相邻流线间的单位渗流量相等。单位渗流量相等。 流槽：流槽：相邻流线间的渗相邻流线间的渗流区。流区。二二. . 流网的绘制及应用流网的绘制及应用 2.2 2.2 平面渗流与流网平面渗流与流网 Plane seepage and flow netCh2 Ch2 土的渗透性
41、和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 基本要求基本要求1. 正交性：正交性：流线与等势线必须正交流线与等势线必须正交Hh0lsls2. 各个网格的长宽比各个网格的长宽比c应为常数。应为常数。取取c=1，即为曲边正方形即为曲边正方形3. 在边界上满足流场边界条件要求，保证解的唯一性。在边界上满足流场边界条件要求，保证解的唯一性。二二. . 流网的绘制及应用流网的绘制及应用 2.2 2.2 平面渗流与流网平面渗流与流网 Plane seepage and flow netCh2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流
42、问题 Permeability and seepage problem of soil ABCDlsHh h00ls 绘制方法制方法根据渗流根据渗流场的的边界条件界条件确定边界流线确定边界流线和首尾等势线和首尾等势线先按流动趋先按流动趋势画出流线，然势画出流线，然后根据流网正交后根据流网正交性画出等势线，性画出等势线，形成流网，经过形成流网，经过反复修正。反复修正。二二. . 流网的绘制及应用流网的绘制及应用 2.2 2.2 平面渗流与流网平面渗流与流网 Plane seepage and flow netCh2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability an
43、d seepage problem of soil ABCDlsHh h00ls一个高精度的流网图，需经过一个高精度的流网图，需经过多次的修改后才能完成。多次的修改后才能完成。正交性正交性曲曲边正方形正方形初步绘制流网初步绘制流网流线流线等势线等势线反复修改，调整反复修改，调整精度较高的流网图精度较高的流网图二二. . 流网的绘制及应用流网的绘制及应用 2.2 2.2 平面渗流与流网平面渗流与流网 Plane seepage and flow netCh2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 流网特
44、点流网特点与上下游水位变化无关与上下游水位变化无关 h=const；与与k无关；无关；等势线上各点测管水头等势线上各点测管水头h相等。相等。Hh0二二. . 流网的绘制及应用流网的绘制及应用 2.2 2.2 平面渗流与流网平面渗流与流网 Plane seepage and flow netCh2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 上下游水头差上下游水头差 h 实际应用实际应用 确定确定A孔压孔压 确定流速确定流速 确定流量确定流量水力坡降水力坡降Hh0二二. . 流网的绘制及应用流网的绘制及应用
45、2.2 2.2 平面渗流与流网平面渗流与流网 Plane seepage and flow netCh2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil A已知已知Hh0lsls测压管水位测压管水位:6m2.2 2.2 平面渗流与流网平面渗流与流网 Plane seepage and flow netCh2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil A4m9m2.1 2.1 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 Per
46、meability and seepage law of soil 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 第二章第二章2.2 2.2 平面渗流与流网平面渗流与流网 Plane seepage and flow net 2.3 2.3 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形 Seepage force and seepage deformaton 一一. 渗透力（动水压力）渗透力（动水压力） 试验观察hh=0 =0 静水中，土骨架会受到浮力作用。静水中，土骨架会受到浮力作用。hh00 水在流动时，水流受到来自土骨架的
47、阻力，同时流动的水在流动时，水流受到来自土骨架的阻力，同时流动的 孔隙水对土骨架孔隙水对土骨架产生一产生一个摩擦、拖曳力。个摩擦、拖曳力。渗透力渗透力 j 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。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。渗透渗透变形形渗透力渗透力h1hh200hwL土样土样滤网滤网贮水器贮水器ab2.3 2.3 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形 Seepage force and seepage deformatonCh2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of
48、 soil 一一. . 渗透力渗透力土粒土粒渗渗 流流jh1hh200hwL土样土样滤网滤网贮水器贮水器a b2.3 2.3 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形 Seepage force and seepage deformatonCh2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 静水中的土体静水中的土体A=1R = ?土水整体分析土水整体分析浮力浮力P2WP1Rh200hwL土样土样滤网滤网贮水器贮水器a b一一. . 渗透力渗透力2.3 2.3 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形 Seepage for
49、ce and seepage deformatonCh2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil WA=1R = ?渗流中的土体渗流中的土体P2WP1Rh1hh200hwL土样土样滤网滤网贮水器贮水器a b一一. . 渗透力渗透力2.3 2.3 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形 Seepage force and seepage deformatonCh2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 静水中的土体静水
50、中的土体W静水中的土体静水中的土体A=1渗流中的土体渗流中的土体向上渗流存在时，滤网支持力减少向上渗流存在时，滤网支持力减少减少的部分由谁承担？减少的部分由谁承担？水与土之间的作用力渗流的拖曳力水与土之间的作用力渗流的拖曳力总渗透力总渗透力渗透力渗透力P2WP1Rh1hh200hwL土样土样滤网滤网贮水器贮水器a b一一. . 渗透力渗透力2.3 2.3 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形 Seepage force and seepage deformatonCh2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soi
51、l WA=1渗流中的土体所受滤网支持力渗流中的土体所受滤网支持力向上渗流存在时，滤网支持力减少向上渗流存在时，滤网支持力减少临界水力坡降临界水力坡降P2WP1Rh1hh200hwL土样土样滤网滤网贮水器贮水器a b一一. . 渗透力渗透力2.3 2.3 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形 Seepage force and seepage deformatonCh2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 水体的平衡条件水体的平衡条件WJWwJ=R+P2P1土水隔离分析土水隔离分析P2WP1Rh1hh20
52、0hwL土样土样滤网滤网贮水器贮水器a b一一. . 渗透力渗透力2.3 2.3 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形 Seepage force and seepage deformatonCh2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 渗透力的性渗透力的性质物理意义：物理意义：单位土体内土骨架所受到的渗透水流的单位土体内土骨架所受到的渗透水流的 拖曳力，它是体积力拖曳力，它是体积力.大小：大小：方向：方向： 与渗流方向与渗流方向作用对象：作用对象：土骨架土骨架一一. . 渗透力渗透力2.3 2.3 渗透
53、力与渗透变形渗透力与渗透变形 Seepage force and seepage deformatonCh2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 利用流网求渗透力利用流网求渗透力复杂条件总渗透力渗透力大大 小：小：jx网格面积网格面积 方方 向：向：与流线一致与流线一致作用点：作用点：形心形心 流网流网较密密处i较大，大，该处渗透力也大渗透力也大不同位置的渗透力不同位置的渗透力对土体土体稳定性的影响不同定性的影响不同Hh0lsls一一. . 渗透力渗透力2.3 2.3 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变
54、形 Seepage force and seepage deformatonCh2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 已知已知Hh0lsls测压管水位测压管水位:A 6m2.2 2.2 平面渗流与流网平面渗流与流网 Plane seepage and flow netCh2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 基本基本类型型 流土流土管涌管涌土工建筑物及地基由于渗流作用而出现的变形或破坏。土工建筑物及地
55、基由于渗流作用而出现的变形或破坏。形成条件形成条件 防治措施防治措施 渗流水流将整个土体带走的现象称为渗流水流将整个土体带走的现象称为流流土土。 在渗流过程中，土体中的化合物不断溶在渗流过程中，土体中的化合物不断溶解、细小颗粒在大颗粒间的孔隙中移动，形解、细小颗粒在大颗粒间的孔隙中移动，形成一条管状通道，最后土粒在渗流出溢流处成一条管状通道，最后土粒在渗流出溢流处冲出的一种现象，称为冲出的一种现象，称为管涌。管涌。二二. . 渗透变形（渗透破坏）渗透变形（渗透破坏）2.3 2.3 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形 Seepage force and seepage deformatonCh2
56、Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 粘性土粘性土k110）不不连续连续d0=0.25d20细粒含量粒含量35%细粒含量粒含量25%细粒含量粒含量=25-35%d0 d5d0 = d3-d5管涌土管涌土过渡型土渡型土非管涌土非管涌土非管涌土非管涌土管涌土管涌土过渡型土渡型土几何条件几何条件P(%)lgd骨架骨架充填料充填料P53d5d32.3 2.3 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形 Seepage force and seepage deformatonCh2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性
57、和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 二二. . 渗透变形渗透变形2.形成条件形成条件管涌管涌几何条件几何条件水力条件水力条件一般发生在无粘性土中一般发生在无粘性土中水力条件：水力条件：i icr流土流土过渡过渡管涌管涌中国：中国：水力坡降水力坡降级配连续土级配连续土级配不连续土级配不连续土破坏坡降破坏坡降i icrcr0.20-0.400.20-0.400.1-0.30.1-0.3允许坡降允许坡降ii0.15-0.250.15-0.250.1-0.20.1-0.22.形成条件形成条件2.3 2.3 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形 Se
58、epage force and seepage deformatonCh2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 二二. . 渗透变形渗透变形管涌的临界水力梯度icr一般通过实验确定。增大增大 i：下游增加透水盖重下游增加透水盖重防治流土防治流土土石坝土石坝防渗斜墙及铺盖防渗斜墙及铺盖浸润线浸润线透水层透水层不透水层不透水层减小减小i ：上游延上游延长渗径；渗径；下游减小水下游减小水压防治管涌防治管涌改善几何条件：改善几何条件：设反滤层等设反滤层等改善水力条件：改善水力条件：减小渗透坡降减小渗透坡降2
59、.防治措施防治措施2.3 2.3 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形 Seepage force and seepage deformatonCh2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 二二. . 渗透变形渗透变形小结小结工程实例工程实例渗流问题渗流问题土的渗透性土的渗透性及渗透及渗透规律律二二维渗流渗流及流网及流网渗透力与渗透力与渗透渗透变形形渗流中的水头与水力坡降渗流中的水头与水力坡降渗透试验与达西定律渗透试验与达西定律渗透系数的测定及影响因素渗透系数的测定及影响因素层状地基的等效渗透系数层状地基的等效渗透系数平面渗流的基平面渗流的基本方程及求解本方程及求解 流网的绘流网的绘制及应用制及应用 渗透力：渗透力：概念与计算概念与计算渗透变形：渗透变形：类型，条件，防治类型，条件，防治Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil
