土力學(xué)第二章吐得滲透精析 全課件

1、滲流滲流水在土體孔隙中流動的現(xiàn)象水在土體孔隙中流動的現(xiàn)象滲透性滲透性土具有被水等液體透過的性質(zhì)土具有被水等液體透過的性質(zhì)土石壩土石壩防滲斜墻及鋪蓋防滲斜墻及鋪蓋浸潤線浸潤線透水層透水層不透水層不透水層土石壩壩基壩身滲流土石壩壩基壩身滲流透水層透水層不透水層不透水層基坑基坑板樁墻板樁墻板樁圍護(hù)下的基坑滲流板樁圍護(hù)下的基坑滲流透水層透水層不透水層不透水層天然水面天然水面水井滲流水井滲流漏斗狀潛水面漏斗狀潛水面Q滲流滑坡滲流滑坡2.2土的水理性土的水理性2.2.1土的毛細(xì)水性質(zhì)土的毛細(xì)水性質(zhì)2.2.2凍土凍土因素：土的類型、水、溫度因素：土的類型、水、溫度（四）（四） 凍結(jié)深度凍結(jié)深度凍脹丘凍脹丘隨

2、凍結(jié)面向下發(fā)展，當(dāng)凍結(jié)層上水的壓力大于上覆土層強(qiáng)度時，地隨凍結(jié)面向下發(fā)展，當(dāng)凍結(jié)層上水的壓力大于上覆土層強(qiáng)度時，地表就發(fā)生隆起，便形成凍脹丘。表就發(fā)生隆起，便形成凍脹丘。滲流中的水頭與水力坡降滲流中的水頭與水力坡降A(chǔ)BLh1h2zAwAu wBu zBhh00基準(zhǔn)面基準(zhǔn)面水力坡降線水力坡降線g2vuzh2w wAA1uzh wBB2uzh hhh21 wuzh Lhi 總水頭總水頭:單位重量（容重）水體所具有的能量單位重量（容重）水體所具有的能量 z：位置水頭：位置水頭 u/u/w w：壓力水頭：壓力水頭V2/(2g)：流速水頭流速水頭00A A點總水頭：點總水頭：B B點總水頭：點總水頭：總

3、水頭：總水頭：水力坡降：水力坡降：1856年，法國學(xué)者達(dá)西（年，法國學(xué)者達(dá)西（Darcy,H.）根據(jù)砂土）根據(jù)砂土滲透實驗，發(fā)現(xiàn)水的滲透速度與水力坡降成正比滲透實驗，發(fā)現(xiàn)水的滲透速度與水力坡降成正比 即達(dá)西定律：即達(dá)西定律：=hvkkiL試驗前提：試驗前提：層流層流h，q A，q L， qLhAq斷面平均流速斷面平均流速水力坡降水力坡降A(chǔ)qv Lhi iv 1.1.滲透試驗滲透試驗試驗條件試驗條件: : h1，A，L量測變量量測變量: : h2，Q，th=h1-h2kiv vAtlAtQq 達(dá)西定律適用條件達(dá)西定律適用條件層流（線性流）層流（線性流）大部分砂土，粉土；大部分砂土，粉土；疏松的粘

4、土及砂性較重疏松的粘土及砂性較重的粘性土的粘性土砂土的水力梯度與滲透速度砂土的水力梯度與滲透速度呈線性關(guān)系，符合達(dá)西滲透呈線性關(guān)系，符合達(dá)西滲透定律。定律。粗粒土：粗粒土：礫石類土中的滲流不符合達(dá)西定律礫石類土中的滲流不符合達(dá)西定律 兩種特例兩種特例粘性土：粘性土：clay致密的粘土致密的粘土 ivovcrikv ivoi0clayv=k(i - i0 )kiv 2.52.5. . 滲透系數(shù)滲透系數(shù)k k的測定的測定室內(nèi)試驗測定方法室內(nèi)試驗測定方法野外試驗測定方法野外試驗測定方法常水頭試驗法常水頭試驗法變水頭試驗法變水頭試驗法井孔抽水試驗井孔抽水試驗井孔注水試驗井孔注水試驗測定方法測定方法粗粒

5、土粗粒土細(xì)粒土細(xì)粒土 室內(nèi)試驗方法室內(nèi)試驗方法11常水頭試驗法常水頭試驗法i=h/LQv=kihtAQLk適用土類：適用土類：透水性較大的砂性土透水性較大的砂性土帶入帶入2.5.1 室內(nèi)試驗測定方法室內(nèi)試驗測定方法=vAt=qtAtLhkQ 例：例：圖圖 室內(nèi)試驗方法室內(nèi)試驗方法22變水頭試驗法變水頭試驗法試驗條件試驗條件: h: h變化，變化，A A，L L透水性較小的粘性土透水性較小的粘性土tt+ tdQ= - adhdQ=vAdt流入量流入量：流出量：流出量：hdhkAaLdt2121hhtthdhkAaLdt2112hhlnkAaLtt2112hhln)tA(taLk=kiAdtAdt

6、Lhk- adhAdtLhk2.5.2 2.5.2 層狀地基的等效滲透系數(shù)層狀地基的等效滲透系數(shù)等效滲透系數(shù)確立各層的確立各層的k ki i根據(jù)滲流方向確定等效滲流系數(shù)根據(jù)滲流方向確定等效滲流系數(shù)天然土層多呈層狀天然土層多呈層狀LH1H2H3Hhk1k2k3xzq1xq3xq2x1122不透水層不透水層水平滲流水平滲流條件條件: :Lhiii ixxqq iHH等效滲透系數(shù)等效滲透系數(shù): :qx=vxH=kxiHqix=kiiiHi iixHkH1kkxiHkiiiHi1m豎直滲流豎直滲流:H1H2H3Hhk1k2k3xzv條件條件: :vvi ihh iHH等效滲透系數(shù)等效滲透系數(shù): :vi

7、 = ki (hhi i/ /Hi)iiiikHvh zkvHh iiizkHvkvH iizkHHkHhkVzizzqq 算例說明算例說明 day/m100k,m0 . 1Hday/m1k,m0 . 1Hday/m01. 0k,m0 . 1H332211 day/m67.33HHkkiix day/m03. 0kHHkiiz H1H2H3Hk1k2k3x.3影響因素影響因素 粒徑大小及級配粒徑大小及級配孔隙比孔隙比礦物成分礦物成分結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)土土粒粒特特性性、流流體體特特性性）(fk l水的動力粘滯系數(shù)水的動力粘滯系數(shù)l飽和度（含氣量）（飽和度低，飽和度（含氣量）（飽和度低，滲透

8、性差滲透性差) )封閉氣泡封閉氣泡對對k k影響很大，影響很大，.二維滲流及流網(wǎng)應(yīng)用二維滲流及流網(wǎng)應(yīng)用 流流 網(wǎng)網(wǎng)滲流場中的兩族相互正交曲線滲流場中的兩族相互正交曲線等勢線和流等勢線和流線所形成的網(wǎng)絡(luò)狀曲線簇。線所形成的網(wǎng)絡(luò)狀曲線簇。 流流 線線水質(zhì)點運(yùn)動的軌跡線。水質(zhì)點運(yùn)動的軌跡線。 等勢線等勢線測壓管水頭相同的點之連線測壓管水頭相同的點之連線 。 流網(wǎng)法流網(wǎng)法通過繪制流線與勢線的網(wǎng)絡(luò)狀曲線簇來求解滲通過繪制流線與勢線的網(wǎng)絡(luò)狀曲線簇來求解滲流問題。流問題。Hh0ABCDHh h00 繪制方法繪制方法根據(jù)滲流場根據(jù)滲流場的邊界條件的邊界條件確定邊界流線確定邊界流線和首尾等勢線和首

9、尾等勢線正交性正交性曲邊正方形曲邊正方形初步繪制流網(wǎng)初步繪制流網(wǎng)作流網(wǎng)圖時：相鄰兩條流線之間通過的流量相等作流網(wǎng)圖時：相鄰兩條流線之間通過的流量相等 相鄰兩條等勢線之間的勢能差值相等相鄰兩條等勢線之間的勢能差值相等流網(wǎng)特點：流網(wǎng)特點：與上下游水位變化無關(guān)與上下游水位變化無關(guān) h為常量為常量等勢線上各點測管水頭等勢線上各點測管水頭h相等相等1.上下游水位差上下游水位差 hlhi /lhkikvi slNhkskiAvqd 5 任意網(wǎng)格內(nèi)的滲透速度任意網(wǎng)格內(nèi)的滲透速度6任意兩相鄰流線間單位寬度流量任意兩相鄰流線間單位寬度流量4水力坡降水力坡降l為該網(wǎng)格處流線的平均長度為該網(wǎng)格處流線的平均長度Hh0

10、lsls2.相鄰兩條等勢線之間的相鄰兩條等勢線之間的水頭損失水頭損失 h=h/NdNd等勢線間隔數(shù)等勢線間隔數(shù)3.孔隙水壓力孔隙水壓力 u=HwH測壓管水柱高度測壓管水柱高度s為該網(wǎng)格處平均等勢線長度，取為該網(wǎng)格處平均等勢線長度，取s= l7總單位寬度流量總單位寬度流量dffNNkhqNqq Nf流線間隔數(shù)流線間隔數(shù) 流網(wǎng)圖的應(yīng)用流網(wǎng)圖的應(yīng)用例：土體的滲透系數(shù)例：土體的滲透系數(shù)K=310-4mm/s。求。求1.abcde各點的孔隙水壓力各點的孔隙水壓力2.地基的單位滲水量地基的單位滲水量3.陰影部分流網(wǎng)的平均流陰影部分流網(wǎng)的平均流線長度為線長度為4.6m求該流網(wǎng)求該流網(wǎng)的水利坡降。的水利坡降。

11、解：解：1.a、e點位于水面。孔隙水壓力為點位于水面?？紫端畨毫?吧吧b、d點位于土層表面點位于土層表面kPahuabwb90 kPahuedwd10 水頭損失：水頭損失：mNhhd1819 c點孔隙水壓力為：點孔隙水壓力為：kPahhuacwc140)418(10)4( a18m 09m 1m 9m ebdc2.地基的單位滲水量地基的單位滲水量a18m 09m 1m 9m ebdcsmNNkhqdf/102 . 1848103364 22. 06 . 41 lhi3.陰影部分流網(wǎng)的平陰影部分流網(wǎng)的平均流線長度為均流線長度為4.6m求求該流網(wǎng)的水利坡降。該流網(wǎng)的水利坡降。2.7 2.7 滲透

12、力與臨界水力梯度滲透力與臨界水力梯度 水在流動時，水流受到來自土骨架的阻力，同時流動的水在流動時，水流受到來自土骨架的阻力，同時流動的孔隙水對土骨架產(chǎn)生一個摩擦、拖曳力?？紫端畬ν凉羌墚a(chǎn)生一個摩擦、拖曳力。土粒土粒滲滲 流流G滲透力滲透力 G d滲透作用中，孔隙水對土骨滲透作用中，孔隙水對土骨架的作用力，方向與滲流方向一致。架的作用力，方向與滲流方向一致。dwG i4點，滲流力與重力方點，滲流力與重力方向相反，對穩(wěn)定特別不利向相反，對穩(wěn)定特別不利1點，滲流力與重力方向一致，點，滲流力與重力方向一致，滲流力促使土體壓密，對穩(wěn)定有利滲流力促使土體壓密，對穩(wěn)定有利2點，點，3點，滲流力與重力方點，滲

13、流力與重力方向正交，對穩(wěn)定不利向正交，對穩(wěn)定不利2.7.2 2.7.2 流土管涌流土管涌基本類型基本類型 流土流土管涌管涌土工建筑物及地基由于滲流作用而出現(xiàn)的變形或破壞土工建筑物及地基由于滲流作用而出現(xiàn)的變形或破壞形成條件形成條件 防治措施防治措施 流土流土在向上的滲透作用下，表層局部土體顆粒同時發(fā)生懸浮移動的現(xiàn)象在向上的滲透作用下，表層局部土體顆粒同時發(fā)生懸浮移動的現(xiàn)象scrd1i1e粘性土粘性土k1k2砂性土砂性土k2壩體壩體滲流滲流原因：原因：dG0w crG id不發(fā)生流土不發(fā)生流土發(fā)生流土發(fā)生流土iicrwsat 流土hD12.24m2m例開挖基坑，土體為均質(zhì)各向同性的粉質(zhì)粘土厚例開

14、挖基坑，土體為均質(zhì)各向同性的粉質(zhì)粘土厚14.24m，底部，底部為砂土。地下水在地表以下為砂土。地下水在地表以下2m處。粉質(zhì)粘土的孔隙比處。粉質(zhì)粘土的孔隙比e為為0.62，比重為比重為2.7。那么基坑開挖多深可以避免發(fā)生流土。那么基坑開挖多深可以避免發(fā)生流土。crihHi iicrhh12.241.055.97mh 5.9714.241.05e11Gs2.7110.62hh12.24hhHh2)(12.24D8.27mhD12.24m2m某建筑工程基槽排水，引起地下水由下往上流動。某建筑工程基槽排水，引起地下水由下往上流動。水頭差水頭差70cm，滲徑為，滲徑為60cm，砂土的飽和重度，砂土的飽和

15、重度3sat20.2KN/m。問是否會發(fā)生流土。問是否會發(fā)生流土 管涌管涌原因：原因：內(nèi)因內(nèi)因 有足夠多的粗顆粒形有足夠多的粗顆粒形成大于細(xì)粒直徑的孔隙成大于細(xì)粒直徑的孔隙外因外因滲透力足夠大滲透力足夠大 在滲流作用下，一定級配的無粘性土中的細(xì)小顆粒，通過較大顆在滲流作用下，一定級配的無粘性土中的細(xì)小顆粒，通過較大顆粒所形成的孔隙發(fā)生移動，最終在土中形成與地表貫通的管道。粒所形成的孔隙發(fā)生移動，最終在土中形成與地表貫通的管道。管涌管涌破壞管涌管涌管涌管涌的治理v反濾倒?jié)B反濾倒?jié)B管涌的治理v反濾圍井反濾圍井管涌的治理v蓄水反壓蓄水反壓2.8 3.3有效應(yīng)力原理有效應(yīng)力原理u/ 為作用于任意面上的

16、全部應(yīng)力為作用于任意面上的全部應(yīng)力（自重應(yīng)力與附加應(yīng)力）；（自重應(yīng)力與附加應(yīng)力）； 為有效應(yīng)力，為有效應(yīng)力，作用于同一平面的土的骨架上，也稱粒間應(yīng)力；作用于同一平面的土的骨架上，也稱粒間應(yīng)力；u 為孔隙水壓力，為孔隙水壓力，u/=- u 2.8.2靜水條件下有效應(yīng)力靜水條件下有效應(yīng)力 21wwwhhhu hAhAAWsz221whh(h)u)h(hhh(h21w221w)2h 穩(wěn)定滲流作用下的有效應(yīng)力穩(wěn)定滲流作用下的有效應(yīng)力hhhhu21www2hhi 221whh(h)l向下滲流向下滲流2hihuh)-h(hhh(h21w221w)hhw22w2ihh穩(wěn)定滲流作用下的有效應(yīng)力穩(wěn)定滲流作用下的有效應(yīng)力hhhhu21wwwl向上滲流向上滲流221whh(h)2hhi 2hihuh)h(hhh(h21w221w)hhw22w2ihh例例根據(jù)砂土滲透，水的滲透速度與水力坡降成正比根據(jù)砂土滲透，水的滲透速度與水力坡降成正比即達(dá)西定律：即達(dá)西定律：kiLhkv2 達(dá)西定律適用條件達(dá)西定律適用條件層流（線性流）：大部分砂土