土的渗透性ppt课件

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1、第三章第三章 土的浸透性土的浸透性 一、概述v土是具有延续孔隙的介质。当土作为建筑物的地基和直接用作建筑资料时，水就会在水位差的作用下，从水位较高的一侧透过土的孔隙流向水位较低的一侧。化学工业出版社化学工业出版社 关于防渗墙防渗墙射水法施工防渗墙化学工业出版社化学工业出版社 浸透的定义及土的浸透性 v水透过土体孔隙的景象成为浸透 v土具有被水透过的性能称为土的浸透性v水在土体中的浸透，一方面会呵斥水量的损失，影响工程效益；另一方面将引起土体内部的应力形状的变化，从而改动水工建筑物或地基的稳定条件，严重时还会酿成破坏事故。v土的浸透性的强弱，对土体的固结、强度以及工程施工都有非常重要的影响 化学

2、工业出版社化学工业出版社 水的问题v水的问题指在工程中由于水本身引起的工程问题，比如基坑、隧道等开挖工程中普遍存在地下水渗出而出现需求排水的问题；相反在以蓄水为目的的土坝中会由于浸透呵斥水量损失而出现需求挡水的问题；另外还有一些像污水的浸透引起地下水污染，地下水开采引起大面积地面沉降及沼泽枯竭等地下水环境的问题。也就是说，说本身的量涌水量，渗水量、质水质、赋存位置地下水位的变化所引起的问题。 化学工业出版社化学工业出版社 土的问题v土的问题是指由于水的浸透引起土体内部应力形状的变化或土体、地根本身的构造、强度等形状的变化，从而影响建筑物或地基地稳定性或产生有害变形的影响，在坡面、挡土墙等构造物

3、中经常会由于水的浸透而呵斥内部应力形状的变化而失稳；土坝、堤防、基坑等构造物会由于管涌逐渐改动地基土内的构造而酿成破坏事故；非饱和的坡面会由于水分的浸透而呵斥土的强度的降低而引起滑坡。由于浸透而引起的代表性例子就是地下水开采呵斥的地面下沉问题。 化学工业出版社化学工业出版社 二、Darcy浸透定律 v由于土中孔隙普通非常微小，水在土体中流动时的粘滞阻力很大，流速缓慢 层流水在土中的浸透速度和试样两端水面间的水位差成正比，而与渗径长度成反比 化学工业出版社化学工业出版社 Darcy浸透定律vv 浸透速度cm/s或m/svq 渗流量cm3/s后m3/svi 水力梯度，沿渗流方向单位间隔的水头v 损

4、失，无因此vh 试样两端的水位差，即水头损失vL 渗径长度vk 浸透系数cm/s或m/s,m/dvA 试样截面积cm2或者m2化学工业出版社化学工业出版社 流速与水力梯度的关系砂土砂土的水力梯度与浸透速度呈线性关系，符合达西浸透定律。化学工业出版社化学工业出版社 流速与水力梯度的关系粘土对于密实的粘土，由于吸着水具有较大的粘滞阻力，因此，只需当水力梯度到达某一数值后，抑制了吸着水的粘滞阻力以后，才干发生浸透。我们将这一开场发生浸透时的水力梯度成为粘性土的起始水力梯度ib化学工业出版社化学工业出版社 v粘性土不但存在起始水力梯度，而且当水力梯度超越起始水力梯度后，浸透速度与水力梯度的规律还偏离达

5、西浸透定律而呈非线性关系。为方便，用虚直线来描画密实粘土地浸透速度与水力梯度的关系，用以下方式表示。 流速与水力梯度的关系粘土化学工业出版社化学工业出版社 流速与水力梯度的关系砾土在粗粒土中砾、卵石等，只需在小的水力梯度下，浸透速度与水力梯度才呈非线性关系，而在较大的水力梯度下，水在土中流动进入紊流形状，浸透速度与水力梯度呈非线性关系，此时达西定律同样不能适用 化学工业出版社化学工业出版社 留意v按照达西定律求出的浸透速度是一种假想的平均流速 ，它假定水在土中的浸透是经过土体截面来进展的 。v实践上 ，水在土体中的实践流速要比用达西定律求出的流速要大得多。，他们之间的关系为 化学工业出版社化学

6、工业出版社 Darcy浸透定律的适用条件 v太沙基经过大量实验证明从砂土到粘土达西浸透定律在很大的范围内都能适用，其适用范围是由雷诺系数来决议的，也就是说只需当渗流为层流的时候才干适用。v根据水的密度，流速v，水的粘滞系数，土粒粒子平均粒径d，可以算出雷诺数Re化学工业出版社化学工业出版社 Darcy浸透定律的适用条件v从层流转换为紊流时的Re数普通为0.17.5的范围，而普通以为在土的孔隙内水流只需雷诺数10-1高浸透性纯砾与砾混合物10-310-1中浸透性极细砂10-510-3低浸透性粉土、砂与粘土混合物10-710-5极低浸透性粘土10-7几乎不透水 影响浸透系数的要素很多，诸如土的种类

7、、级配、孔隙比及水的温度等。因此，为了准确地测定土的浸透系数，必需尽力坚持土的原始形状并消除人为要素的影响 化学工业出版社化学工业出版社 成层土的浸透系数v天然堆积土往往由浸透性不同的土层组成。对于与土层层面平行和垂直的简单渗流情况，当各层的浸透系数和厚度知时，我们可以求出整个土层与层面平行和垂直的平均浸透系数，作为进展浸透计算的根据。与层面平行的情况达西定律化学工业出版社化学工业出版社 与层面垂直的情况化学工业出版社化学工业出版社 与层面垂直的情况水流延续原理达西定律任一土层流量整个土层的水头损失化学工业出版社化学工业出版社 结论v对于成层土，假设各土层的厚度大致相近，而浸透性相差悬殊时与层

8、向平行的平均浸透系数将取决于最透水土层的厚度和浸透性与层向垂直的平均浸透系数将取决于最不透水土层的厚度和浸透性渗流力及浸透稳定渗流土体内部应力形状变化土体的部分稳定问题土体的整体稳定问题管涌、流土等水库塌岸岸坡、土坝在水位降落时引起的滑动化学工业出版社化学工业出版社 渗流力的概念水在土中流动能量耗费力图拖曳土粒水头损失浸透水流施于单位土体内土粒上的拖曳力称为渗流力浸透力、动水压力渗流力的概念流土、浮冲、砂沸渗流力存在abcdUw1Uw2FsWw化学工业出版社化学工业出版社 渗流力的概念化学工业出版社化学工业出版社 渗流力的概念渗流力的概念化学工业出版社化学工业出版社 渗流力的概念v1点，渗流力

9、与重力方向一致，渗流力促使土体压密，对稳定有利v2点，3点，渗流力与重力方向正交，对稳定不利v3点，渗流力与重力方向相反，对稳定特别不利化学工业出版社化学工业出版社 浸透变形的方式v按照浸透水流引起的部分破坏特征，浸透变形可分为流土和管涌两种根本方式v流土是指在渗流作用下部分土体外表隆起，或土粒群同时起动而流失的景象。它主要发生在地基或土坝下游渗流逸出处。v基坑或渠道开挖时所出现的流砂景象是流土的一种常见方式化学工业出版社化学工业出版社 流土化学工业出版社化学工业出版社 流土化学工业出版社化学工业出版社 管涌v管涌指在渗流作用下土体的细土粒在粗土粒构成的孔隙通道中发生挪动并被带出的景象。主要发

10、生在砂砾土中。管涌管涌的治理v反滤倒渗管涌的治理v反滤围井管涌的治理v蓄水反压整体破坏水库塌岸按浸透变形划分土的类型管涌土非管涌土在很大的水力梯度下也不会发生管涌在不大的水力梯度下就可以发生管涌流土型管涌型化学工业出版社化学工业出版社 管涌土的划分管涌土开展性管涌土非开展性管涌土管涌型土过渡型土流土型土非管涌土土化学工业出版社化学工业出版社 土的类型与浸透变形型式粘性土无粘性土过渡型土只需流土而无管涌与土的颗粒组成、级配和密度等要素有关与密度有关，大密度流土，小密度管涌化学工业出版社化学工业出版社 土的临界水力梯度v抗渗强度：土体抵抗浸透破坏的才干，通常以濒临浸透破坏时的水力梯度表示，普通称为

11、临界水力梯度或抗渗梯度。化学工业出版社化学工业出版社 流土型土的临界水力梯度逸出处单位土体临界水力梯度化学工业出版社化学工业出版社 流土型土的临界水力梯度 流土的临界水力梯度决议于土的物理性质，当土的比重和孔隙率知时，那么土的临界水力梯度是一定值，普通在0.81.2之间 根据竖向渗流不思索周围土体的约束作用情况下推得的，因此，按此式求得临界水力梯度偏小，普通比试验值要小1520化学工业出版社化学工业出版社 黏性土的临界水力梯度v黏性土由于粒间粘结力的存在，其临界水力梯度较大。v黏性土与无粘性土的流土破坏机理不同，后者是由于渗流力的作用，前者那么还与土体外表的水化崩解作用水稳性以及渗流出口临空面

12、的孔径有关。水科院建议对粘性土逸出梯度与浸透稳定v流土普通发生在渗流逸出处。因此只需求出渗流逸出处的水力梯度，就可判别流土的能够性。土处于稳定形状土处于临界形状土处于流土形状化学工业出版社化学工业出版社 逸出梯度与浸透稳定v浸透逸出的水力梯度实践上是不可求出的，通常是把渗流逸出处的流网网格的平均水力梯度作为逸出梯度。v在设计时，为保证建筑物的平安，通常要求将逸出梯度限制在允许梯度之内化学工业出版社化学工业出版社 管涌型土的临界水力梯度v管涌是单个土粒在土体中挪动和带出，水科院提出的管涌土临界水力梯度的计算公式为v根据渗流场中单个土粒收到的渗流力、浮力以及自重作用时的极限平衡条件，并结合实验资料

13、分析而得到管涌土的临界水力梯度流速与水力梯度的关系化学工业出版社化学工业出版社 临界水力梯度与不均匀系数的关系v土的不均匀系数越大，临界水力梯度越小。v结论不是绝对的化学工业出版社化学工业出版社 临界水力梯度与细料含量的关系v浸透变形特性主要取决于细料的含量，或者说取决于细料填充粗料孔隙的程度。化学工业出版社化学工业出版社 临界水力梯度与浸透系数的关系v无粘性土的浸透性与浸透变形特性有着直接的关系，对于不均匀土，假设透水性强，抵抗浸透变形的才干就差，假设透水性弱，抵抗浸透变形的才干就强化学工业出版社化学工业出版社 防止浸透变形的方法v减小水力梯度降水头，添加渗径程度防渗v在渗流逸出处加盖压重或

14、设置反滤层v 垂直防渗化学工业出版社化学工业出版社 饱和土体中的孔隙水应力v孔隙水应力：饱和土体中由孔隙水来承当或传送的应力定义为孔隙水应力，常用u表示。v孔隙水应力的特性与通常的静水压力一样，方向一直垂直于作用面，任一点的孔隙水应力在各个方向是相等的。化学工业出版社化学工业出版社 饱和土体中的有效应力v有效应力：经过粒间接触面传送的应力称为有效应力，只需有效应力才干使得土体产生紧缩或固结和强度。v把研讨平面内一切粒间接触面上接触力的法向分力之和除以所研讨平面的总面积所得的平均应力来定义有效应力化学工业出版社化学工业出版社 饱和土体中的有效应力化学工业出版社化学工业出版社 太沙基有效应力原理v

15、对饱和土体内某一研讨平面化学工业出版社化学工业出版社 有效应力原理v当总应力坚持不变时，孔隙水应力和有效应力可以相互转化，即孔隙水应力减小增大等于有效应力的等量添加减小v非常重要！化学工业出版社化学工业出版社 静水条件下程度面上的孔隙水应力和有效应力化学工业出版社化学工业出版社 稳定渗流作用下程度面上的孔隙水应力和有效应力v向下渗流稳定渗流作用下程度面上的孔隙水应力和有效应力v向上渗流化学工业出版社化学工业出版社 流土临界条件v当a-a平面上的孔隙水应力添加到与总应力相等，即有效应力降为零，有v上式为流土的临界条件，所以可以以为流土的临界条件为那里的有效应力等于零化学工业出版社化学工业出版社 根据流网确定孔隙水应力化学工业出版社化学工业出版社 超孔隙水压力v由渗流或荷载引起的超越静水位的孔隙水压力称为超孔隙水压力v对于稳定渗流，由于水头是常数，因此起超孔隙水压力将不随时间变化v对于荷载引起的超孔隙水压力，将随时间而变化，其变化规律依然服从有效应力原理。