第3章 土的滲透性

1、第三章 土的滲透性和滲流 土木與建筑工程學(xué)院土木與建筑工程學(xué)院碎散性碎散性多孔介質(zhì)多孔介質(zhì)三相體系三相體系孔隙流體流動(dòng)孔隙流體流動(dòng)滲流滲流水、氣等在土體孔隙中流動(dòng)的現(xiàn)象水、氣等在土體孔隙中流動(dòng)的現(xiàn)象滲透性滲透性土具有被水、氣等流體透過的性質(zhì)土具有被水、氣等流體透過的性質(zhì)滲透特性滲透特性強(qiáng)度特性強(qiáng)度特性變形特性變形特性非飽和土的滲透性非飽和土的滲透性飽和土的滲透性飽和土的滲透性能量差能量差土顆粒土顆粒土中水土中水滲流滲流3 土的滲透性和滲流 滲流量滲透變形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3 土的滲透性和滲流 3 土的滲透性和滲流

2、4滲水壓力揚(yáng)壓力滲流量滲透變形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3 土的滲透性和滲流 5滲流量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漏斗狀潛水面漏斗狀潛水面Q3 土的滲透性和滲流 6滲流量原地下水位原地下水位滲流時(shí)地下水位滲流時(shí)地下水位渠道滲流3 土的滲透性和滲流 7滲流滑坡滲流滑坡3 土的滲透性和滲流 8滲流量滲透變形滲流滑坡土的滲透性及滲透規(guī)律土的滲透性及滲透規(guī)律滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形土坡穩(wěn)定分析土坡穩(wěn)定分析擋水建筑物 集水建筑物 引水結(jié)構(gòu)物 基坑等地下施工多雨地區(qū)邊坡93 土的滲透性和滲流 土的滲透性與滲透規(guī)律 二維滲流與流網(wǎng)滲透

3、力和滲透變形3 土的滲透性和滲流 103.1 土的滲透性與滲透規(guī)律 一滲流中的水頭與水力坡降一滲流中的水頭與水力坡降二滲透試驗(yàn)與達(dá)西定律二滲透試驗(yàn)與達(dá)西定律三滲透系數(shù)的測定及影響因素三滲透系數(shù)的測定及影響因素四層狀地基的等效滲透系數(shù)四層狀地基的等效滲透系數(shù)3 土的滲透性和滲流 11ABL透水層透水層不透水層不透水層基坑基坑板樁墻板樁墻一滲流中的水頭與水力坡降3 土的滲透性和滲流 12ABL一滲流中的水頭與水力坡降h1h2zAwAu wBu zBh h00基準(zhǔn)基準(zhǔn)面面水力坡降線水力坡降線g2vuzh2w wAA1uzh wBB2uzh 12hhh wuzh Lhi 總水頭總水頭單位重量水體所具有

4、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(diǎn)總水頭：點(diǎn)總水頭：B B點(diǎn)總水頭：點(diǎn)總水頭：總水頭：總水頭：水力坡降：水力坡降：水頭差：水頭差：測管水頭測管水頭試驗(yàn)前提試驗(yàn)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(yàn)滲透試驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)裝置：試驗(yàn)裝置：如圖如圖試驗(yàn)條件試驗(yàn)條件: : h1=const， A=const L=const量測變量量測變量: : h2，V，Th=h1-h2Q=V/T3 土的滲透性和滲流 二. 滲透試驗(yàn)與達(dá)西定律132.2.達(dá)

5、西定律達(dá)西定律vk isvvvn 滲透定律在層流狀態(tài)的滲流中，滲透速度在層流狀態(tài)的滲流中，滲透速度v與水力坡降與水力坡降i的一次方成正比，并與土的性質(zhì)有關(guān)。的一次方成正比，并與土的性質(zhì)有關(guān)。二. 滲透試驗(yàn)與達(dá)西定律vi注意：注意：AAvvAnAv：假想滲流速度，土體試樣全斷面的平均滲流速度假想滲流速度，土體試樣全斷面的平均滲流速度vs：實(shí)際平均滲流速度，孔隙斷面的平均滲流速度實(shí)際平均滲流速度，孔隙斷面的平均滲流速度A AvQvA vsAvk: : 反映土的透水性能的比例系數(shù)，稱為滲透系數(shù)反映土的透水性能的比例系數(shù)，稱為滲透系數(shù)物理意義：物理意義：水力坡降水力坡降i1 1時(shí)的滲流速度時(shí)的滲流速度

6、單位：單位：mm/s, cm/s, m/s, m/day3 土的滲透性和滲流 143 土的滲透性和滲流 15 適用條件：適用條件：層流（線性流）層流（線性流）二. 滲透試驗(yàn)與達(dá)西定律 巖土工程中的絕大多數(shù)滲流問巖土工程中的絕大多數(shù)滲流問題，包括砂土或一般粘土，均題，包括砂土或一般粘土，均屬層流范圍屬層流范圍 在粗粒土孔隙中，水流形態(tài)可在粗粒土孔隙中，水流形態(tài)可能會(huì)隨流速增大呈紊流狀態(tài)，能會(huì)隨流速增大呈紊流狀態(tài)，滲流不再服從達(dá)西定律。滲流不再服從達(dá)西定律。 可用雷諾數(shù)可用雷諾數(shù)R Re e進(jìn)行判斷：進(jìn)行判斷：R Re e5時(shí)層流時(shí)層流R Re e 200時(shí)紊流時(shí)紊流200 R Re e 5 5時(shí)

7、為過渡區(qū)時(shí)為過渡區(qū) 10ev dR2.2.達(dá)西定律達(dá)西定律3 土的滲透性和滲流 16（1）粗粒土：）粗粒土：礫石類土中的滲流常不符合達(dá)西定律礫石類土中的滲流常不符合達(dá)西定律砂土中滲透速度砂土中滲透速度 vcr=0.30.5cm/sivovcrivoi0 兩種特例：兩種特例：（2）粘性土：）粘性土：致密的粘土致密的粘土 i i0, v = k(i - i0 )(1)mvkim二. 滲透試驗(yàn)與達(dá)西定律2.2.達(dá)西定律達(dá)西定律室內(nèi)試驗(yàn)測定方室內(nèi)試驗(yàn)測定方法法野外試驗(yàn)測定方野外試驗(yàn)測定方法法常水頭試驗(yàn)法常水頭試驗(yàn)法變水頭試驗(yàn)法變水頭試驗(yàn)法井孔抽水試驗(yàn)井孔抽水試驗(yàn)井孔注水試驗(yàn)井孔注水試驗(yàn)1. 1. 測定

8、方法測定方法3 土的滲透性和滲流 三. 滲透系數(shù)的測定及影響因素 173 土的滲透性和滲流 18 室內(nèi)試驗(yàn)方法室內(nèi)試驗(yàn)方法1 1常水頭試驗(yàn)法常水頭試驗(yàn)法三. 滲透系數(shù)的測定及影響因素 結(jié)果整理結(jié)果整理試驗(yàn)裝置：試驗(yàn)裝置：如圖如圖試驗(yàn)條件試驗(yàn)條件: : h=const， A=const，L=const量測變量量測變量: : V，ti=h/LV=Qt=vAtv=kihtAVLk 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hL土樣土樣AVQ 室內(nèi)試驗(yàn)方法室內(nèi)試驗(yàn)方法2 2變水頭試驗(yàn)法變水頭試驗(yàn)法透水性較小的粘性土透水性較小的粘性土?3 土的滲透性和滲流 19 室內(nèi)試驗(yàn)方法室內(nèi)試驗(yàn)方法2

9、 2變水頭試驗(yàn)法變水頭試驗(yàn)法試驗(yàn)裝置：試驗(yàn)裝置：如圖如圖試驗(yàn)條件試驗(yàn)條件: : h變化變化，A=const，L=const量測變量量測變量: : h ，t土樣土樣At=t1h1t=t2h2LQ水頭水頭測管測管開關(guān)開關(guān)a三. 滲透系數(shù)的測定及影響因素 3 土的滲透性和滲流 20結(jié)果整理結(jié)果整理: :理論依據(jù)理論依據(jù): :t時(shí)刻：時(shí)刻： hdtdhdVe= - adhdVo=kiAdt=k (h/L)AdtdVe=dVo流入量流入量：流出量：流出量：連續(xù)性條件：連續(xù)性條件：-adh =k (h/L)AdthdhkAaLdt 21th0haLdhdkAh 21hhlnkAaLt 21hhlnAtaL

10、k 選擇幾組選擇幾組h1, h2, t ，計(jì)算相應(yīng)的，計(jì)算相應(yīng)的k，取平均值，取平均值土樣土樣At=t1h1t=t2h2LQ水頭水頭測管測管開關(guān)開關(guān)ahdhtt+dt三. 滲透系數(shù)的測定及影響因素 室內(nèi)試驗(yàn)方法室內(nèi)試驗(yàn)方法2 2變水頭試驗(yàn)法變水頭試驗(yàn)法 野外測定方法野外測定方法抽水試驗(yàn)和注水試驗(yàn)法抽水試驗(yàn)和注水試驗(yàn)法優(yōu)點(diǎn)：可獲得現(xiàn)場較為可優(yōu)點(diǎn)：可獲得現(xiàn)場較為可靠的平均滲透系數(shù)靠的平均滲透系數(shù)地下水位地下水位測壓管水面測壓管水面井井抽水量抽水量Q Qr1rr2dhdrh1hh2不透水層不透水層觀察井觀察井A=2rhi=dh/drdrdhkrh2AkiQ khdh2rdrQ )hh(krrlnQ2

11、12212 212212hh)r/rln(Qk 缺點(diǎn)：費(fèi)用較高，耗時(shí)較長缺點(diǎn)：費(fèi)用較高，耗時(shí)較長實(shí)驗(yàn)方法：實(shí)驗(yàn)方法：理論依據(jù)：理論依據(jù)：積分積分3 土的滲透性和滲流 三. 滲透系數(shù)的測定及影響因素 2.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)kf( 土土粒粒特特性性、流流體體特特性性）飽和度（含氣量）飽和度（含氣量）水的動(dòng)力粘滯系數(shù)水的動(dòng)力粘滯系數(shù)3 土的滲透性和滲流 三. 滲透系數(shù)的測定及影響因素 3 土的滲透性和滲流 23粒徑大小及級配：粒徑大小及級配：是土中孔隙直徑大小的主要影響因素；因由粗顆粒形是土中孔隙直徑大小的主要影響因素；因由粗顆粒形成的大孔隙可

12、被細(xì)顆粒充填，故土體孔隙的大小一般由細(xì)顆粒所控制。成的大孔隙可被細(xì)顆粒充填，故土體孔隙的大小一般由細(xì)顆粒所控制。（1）土粒特性的影響）土粒特性的影響孔隙比：孔隙比：是單位土體中孔隙體積的直接度量；對于砂性土，滲透系數(shù)是單位土體中孔隙體積的直接度量；對于砂性土，滲透系數(shù)k k一般隨孔隙比一般隨孔隙比e e增大而增大。增大而增大。礦物成分：礦物成分：對粘性土，影響顆粒的表面力；不同粘土礦物之間滲透系對粘性土，影響顆粒的表面力；不同粘土礦物之間滲透系數(shù)相差極大，其滲透性大小的次序?yàn)楦邘X石數(shù)相差極大，其滲透性大小的次序?yàn)楦邘X石伊里石伊里石蒙脫石；塑性蒙脫石；塑性指數(shù)指數(shù)IpIp綜合反映土的顆粒大小和礦

13、物成份，常是滲透系數(shù)的參數(shù)。綜合反映土的顆粒大小和礦物成份，常是滲透系數(shù)的參數(shù)。結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：影響孔隙的構(gòu)成和方向性，對粘性土影響更大；在宏觀構(gòu)造上，影響孔隙的構(gòu)成和方向性，對粘性土影響更大；在宏觀構(gòu)造上，天然沉積層狀粘性土層，常使得天然沉積層狀粘性土層，常使得 k k水平水平 k k垂直垂直；在微觀結(jié)構(gòu)上，當(dāng)孔隙比；在微觀結(jié)構(gòu)上，當(dāng)孔隙比相同時(shí)，凝聚結(jié)構(gòu)將比分散結(jié)構(gòu)具有更大的透水性。相同時(shí)，凝聚結(jié)構(gòu)將比分散結(jié)構(gòu)具有更大的透水性。三. 滲透系數(shù)的測定及影響因素 3 土的滲透性和滲流 24飽和度飽和度 s sr r(%)(%)滲透系數(shù)滲透系數(shù)k(10k(10-3-3cm/s)cm/s)8 87 7

14、6 65 54 43 32 280 90 10080 90 100飽和度的影響飽和度的影響流體粘滯性的影響流體粘滯性的影響溫度高溫度高粘滯性低粘滯性低滲透系數(shù)大滲透系數(shù)大封閉氣泡對封閉氣泡對k k影響很大，可影響很大，可減少有效滲透面積，還可減少有效滲透面積，還可以堵塞孔隙的通道以堵塞孔隙的通道（2）流體特性的影響）流體特性的影響三. 滲透系數(shù)的測定及影響因素 等效滲透系數(shù)確立各層的確立各層的km考慮滲流方向考慮滲流方向天然土層多呈層狀天然土層多呈層狀3 土的滲透性和滲流 四.層狀地基的等效滲透系數(shù)253 土的滲透性和滲流 26H1H2H3Hhk1k2k3xzq1xq3xq2xL四.層狀地基的

15、等效滲透系數(shù)1122不透水層不透水層水平滲流水平滲流條件條件: :mhiiL xmxqqmHH等效滲透系數(shù)等效滲透系數(shù): :qx=vxH=kxiHqmx=kmimHmxmm1kk HH 3 土的滲透性和滲流 27H1H2H3Hhk1k2k3xz豎直滲流豎直滲流:v承壓水承壓水條件條件:mvvmhh mHH等效滲透系數(shù)等效滲透系數(shù): :mmmvHhk zkvHh mzmvHvHkk zmmHkHk mzmH11kH k mmmmhvkH 四.層狀地基的等效滲透系數(shù)算例算例 day/m100k,m0 . 1Hday/m1k,m0 . 1Hday/m01. 0k,m0 . 1H332211 按層厚加

16、權(quán)平均，由較大值控制按層厚加權(quán)平均，由較大值控制倒數(shù)按層厚加權(quán)平均，由較小值控制倒數(shù)按層厚加權(quán)平均，由較小值控制day/m67.33HHkkiix day/m03. 0kHHkiiz 3 土的滲透性和滲流 四.層狀地基的等效滲透系數(shù)28293 土的滲透性和滲流 土的滲透性與滲透規(guī)律 二維滲流與流網(wǎng)滲透力和滲透變形3 土的滲透性和滲流 30二維滲流與流網(wǎng)二維滲流與流網(wǎng) 工程上遇到的滲流問題，常常屬于邊界條件復(fù)雜一工程上遇到的滲流問題，常常屬于邊界條件復(fù)雜一些的二維或三維滲流問題。例如閘壩下透水地基的滲流，些的二維或三維滲流問題。例如閘壩下透水地基的滲流，以及土壩壩身的滲流等，其流線都是彎曲的，不

17、能再視以及土壩壩身的滲流等，其流線都是彎曲的，不能再視為一維滲流。為一維滲流。 為了求解和評價(jià)滲流在地基或壩體中是否造成有害為了求解和評價(jià)滲流在地基或壩體中是否造成有害的影響，需要知道整個(gè)滲流場中各處的測管水頭、滲透的影響，需要知道整個(gè)滲流場中各處的測管水頭、滲透坡降和滲流速度。通常按平面滲流問題處理。坡降和滲流速度。通常按平面滲流問題處理。 3 土的滲透性和滲流 31滲流的連續(xù)性方程滲流的連續(xù)性方程 單位時(shí)間流入單元的水量單位時(shí)間流入單元的水量: :滲流的連續(xù)性方程：滲流的連續(xù)性方程：0zvxvzxdxvdzvdqzxedxdzzvvdzdxxvvdqzzxxo)()( 單位時(shí)間內(nèi)流出單元的

18、水量單位時(shí)間內(nèi)流出單元的水量: :oedqdq 連續(xù)性條件連續(xù)性條件: :dxdzvxdxxvvxxvzdzzvvzzxz二維滲流方程二維滲流方程3 土的滲透性和滲流 32 對于各向同性的均質(zhì)土，對于各向同性的均質(zhì)土，k kx xk ky y，則上式可表示為：，則上式可表示為：02222yhxh即為著名的拉普拉斯即為著名的拉普拉斯(Laplace)(Laplace)方程。該方程描述了滲流場內(nèi)部的方程。該方程描述了滲流場內(nèi)部的測管水頭測管水頭h h 的分布，是平面穩(wěn)定滲流的基本方程式。通過求解一定的分布，是平面穩(wěn)定滲流的基本方程式。通過求解一定邊界條件下的拉普拉斯方程，即可求得該條件下的滲流場。

19、邊界條件下的拉普拉斯方程，即可求得該條件下的滲流場。 一、平面滲流的基本方程一、平面滲流的基本方程zhkv;xhkvzzxx 連續(xù)性條件連續(xù)性條件 達(dá)西定律達(dá)西定律0zhkxhk22z22x 0zvxvzx 3 土的滲透性和滲流 33 邊界條件邊界條件透水層透水層不透水層不透水層基坑基坑板樁墻板樁墻水頭邊界條件：水頭邊界條件：首尾等水頭線首尾等水頭線12 流速邊界條件：流速邊界條件：邊界流線邊界流線3 其它邊界條件：其它邊界條件：滲出面、自由水面滲出面、自由水面11223 土的滲透性和滲流 0zhxh2222 裝置：裝置：如圖如圖條件條件: : h，A，L=const , 一維流一維流022

20、zh解得解得h=A1z+A2由土層由土層1 1邊界條件邊界條件: :z=0 , h=h1Z=H1 ,h=h2A2=h1h2=A1H1+h1 或或 h=A1z+A2h2=A1H1+h1 1211HhhA3 土的滲透性和滲流 h=A1z+A2A2=h1 1 12 21 11 1H Hh hh hA Ah=A1z+A2 (前前 3-28式式)由土層由土層 邊界條件邊界條件: :z=H1 , h=h2 z=H1+ H2 , h=00=A1(H1+H2)+(h2-A1H1) 或或 2 22 21 1H Hh hA A A2=h2-A1H11 11 12 21 1h hz zH Hh hh hh h （3

21、-31）3 土的滲透性和滲流 A AH H0 0h hk kA AH Hh hh hk kq q2 22 22 21 12 21 11 1 2 22 21 11 11 11 11 12 2H Hk kH Hk kH Hk kh hh hh=A1z+A22 22 21 1H Hh hA A A2=h2-A1H1 根據(jù)連續(xù)性條件根據(jù)連續(xù)性條件 通過土層通過土層1和土層和土層2的流量相等的流量相等 達(dá)西定律達(dá)西定律 q=kiA 解得解得: 2 21 12 22 22 2H HH H1 1h hz zH Hh hh h（3-34）3 土的滲透性和滲流 2 22 21 11 11 11 11 12 2H

22、 Hk kH Hk kH Hk kh hh h 2 21 12 22 22 2H HH H1 1h hz zH Hh hh h1 11 12 21 1h hz zH Hh hh hh h 1 12 22 21 12 21 1H Hk kH Hk kz zk k1 1h hh h z zH HH HH Hk kH Hk kk kh hh h2 21 11 12 22 21 11 11 1（3-34）（3-31）（3-36）3 土的滲透性和滲流 1 12 22 21 12 21 1H Hk kH Hk kz zk k1 1h hh h z zH HH HH Hk kH Hk kk kh hh h2

23、 21 11 12 22 21 11 11 1已知已知H1=300mmH1=300mm，H2=500mmH2=500mm，h1=600mmh1=600mm，在在z=200mmz=200mm處，處，h=500mmh=500mm，求，求z=600mmz=600mm時(shí)時(shí)h h為多少？為多少？解解 ：當(dāng)：當(dāng)z=200mmz=200mm時(shí)位于土層時(shí)位于土層1 1，因此采用式（，因此采用式（3-373-37） 300300k k500500k k200200k k1 16006005005002 21 12 2得得k1/k2=1.8z=600mmz=600mm時(shí)位于土層時(shí)位于土層2,2,因此采用式因此采用

24、式(3-28)(3-28) 180mm180mm6006005005003003001.81.83003005005001 1600600h h z zH HH HH Hk kk kH H1 1h hh h2 21 11 11 12 22 21 13 土的滲透性和滲流 39二、拉普拉斯方程式的求解二、拉普拉斯方程式的求解 圖解法圖解法即用繪制流網(wǎng)的即用繪制流網(wǎng)的方法求解拉普拉斯方程方法求解拉普拉斯方程的的近似解近似解。該法具有簡便、迅速的該法具有簡便、迅速的優(yōu)點(diǎn)，并能用于建筑物優(yōu)點(diǎn)，并能用于建筑物邊界輪廓較復(fù)雜的情況。邊界輪廓較復(fù)雜的情況。只要滿足繪制流網(wǎng)的基只要滿足繪制流網(wǎng)的基本要求，精度就

25、可以得本要求，精度就可以得到保證，因而該法在工到保證，因而該法在工程上得到廣泛應(yīng)用。程上得到廣泛應(yīng)用。1 1數(shù)學(xué)解析數(shù)學(xué)解析法法2 2數(shù)值解法數(shù)值解法 3 3實(shí)驗(yàn)法實(shí)驗(yàn)法 4 4圖解法圖解法 比較精確，但只有比較精確，但只有在邊界條件簡單的在邊界條件簡單的情況下才能求解情況下才能求解有限差分法有限差分法（FDM）有限單元法有限單元法（FEM）3 土的滲透性和滲流 40流網(wǎng)特征與繪制流網(wǎng)特征與繪制F流線和等勢線正交流線和等勢線正交F流網(wǎng)中每一網(wǎng)格的邊長流網(wǎng)中每一網(wǎng)格的邊長比為常數(shù)，通常取為比為常數(shù)，通常取為1 1F相鄰等勢線之間的水頭相鄰等勢線之間的水頭損失相等損失相等F各個(gè)流槽的滲流量相等各個(gè)

26、流槽的滲流量相等 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線所形成等勢線和流線所形成的網(wǎng)絡(luò)狀曲線簇。的網(wǎng)絡(luò)狀曲線簇。 流流 線線水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的軌跡線。水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的軌跡線。 等勢線等勢線測管水頭相同的點(diǎn)之連線。測管水頭相同的點(diǎn)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)狀曲線簇來求解滲流問題。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。Hh03 土的滲透性和滲流 41流網(wǎng)的畫法流網(wǎng)的畫法1 1）確定邊界條件：邊界流）確定邊界條件：邊界流線和首尾等勢線線和首尾等勢線2 2）研究水流的方向：流線）研究水流的方向：流線的走向的走向3 3）判斷網(wǎng)格的疏密大致分）判斷網(wǎng)

27、格的疏密大致分布布4 4）初步繪制流網(wǎng)的雛形：）初步繪制流網(wǎng)的雛形：正交性、曲邊正方形正交性、曲邊正方形5 5）反復(fù)修改和檢查）反復(fù)修改和檢查要點(diǎn)：邊界條件、正交性、曲邊正方形、多練習(xí)要點(diǎn)：邊界條件、正交性、曲邊正方形、多練習(xí) H=H1-H20H1H2不透水層不透水層lsabc defgh3 土的滲透性和滲流 42 測管水頭測管水頭 l /Hi ）（zhhiiikv diiiNhkHkslHkq 確定孔壓確定孔壓 確定流速確定流速 確定流量確定流量 水力坡降水力坡降流網(wǎng)的應(yīng)用流網(wǎng)的應(yīng)用Hh0lslsh h 等勢線間的水頭損失等勢線間的水頭損失 H=H=h/Nh/Nd dNd= Nd= 等勢線條

28、數(shù)等勢線條數(shù) -1-1dfiNdNNhkNhf 1 1i ik kq qN Nf f為流槽數(shù)，等于流線減為流槽數(shù)，等于流線減1 1433 土的滲透性和滲流 土的滲透性與滲透規(guī)律 二維滲流與流網(wǎng)滲透力和滲透變形3 土的滲透性和滲流 443.3 3.3 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形 一一. 滲透力滲透力1、試驗(yàn)觀察滲透變形滲透變形滲透力滲透力二二. .滲透變形（滲透破壞）滲透變形（滲透破壞） 2、物理本質(zhì)3、計(jì)算方法土水整體分析土水整體分析土水隔離分析土水隔離分析3 土的滲透性和滲流 451、試驗(yàn)觀察h=0 h=0 靜水中，土骨架會(huì)受到浮力作用。靜水中，土骨架會(huì)受到浮力作用。h0 h0 水在流

29、動(dòng)時(shí)，水流受到來自土骨架的阻力，同時(shí)流水在流動(dòng)時(shí)，水流受到來自土骨架的阻力，同時(shí)流 動(dòng)的孔隙水對土骨架產(chǎn)生一個(gè)摩擦、拖曳力。動(dòng)的孔隙水對土骨架產(chǎn)生一個(gè)摩擦、拖曳力。滲透力滲透力 j j 滲透作用中，孔隙水對土骨架的作用力，方向滲透作用中，孔隙水對土骨架的作用力，方向 與滲流方向一致。與滲流方向一致。h1hh200hwL土樣土樣濾網(wǎng)濾網(wǎng)貯水器貯水器a b一. 滲透力3 土的滲透性和滲流 46一. 滲透力h1hh200hwL土樣土樣濾網(wǎng)濾網(wǎng)貯水器貯水器a b滲滲 流流土土粒粒j滲透力與浮力有何區(qū)別？滲透力與浮力有何區(qū)別？2、物理本質(zhì)3 土的滲透性和滲流 47h200hwL土樣土樣濾網(wǎng)濾網(wǎng)貯水器貯水

30、器a bP2WP1R靜水中的土體靜水中的土體A=1W = = LsatsatL( + w)P1 = =whwP2 = =wh2R = ?R + P2 = W + P1R + wh2 = L( + w) + whw R = L 土水整體分析土水整體分析一. 滲透力3、計(jì)算方法3 土的滲透性和滲流 48h1hh200hwL土樣土樣濾網(wǎng)濾網(wǎng)貯水器貯水器a bP2WP1RA=1W = = LsatsatL( + w)P1 = =whwP2 = =wh1R = ?R + P2 = W + P1R + wh1 = L( + w) + whw R = L wh滲流中的土體滲流中的土體一. 滲透力3 土的滲透

31、性和滲流 49h1hh200hwL土樣土樣濾網(wǎng)濾網(wǎng)貯水器貯水器a bP2WP1R靜水中的土體靜水中的土體A=1R = L whR = L 滲流中的土體滲流中的土體向上滲流存在時(shí)，濾網(wǎng)支持力減少向上滲流存在時(shí)，濾網(wǎng)支持力減少減少的部分由誰承擔(dān)？減少的部分由誰承擔(dān)？水與土之間的作用力滲流的拖曳力水與土之間的作用力滲流的拖曳力總滲透力總滲透力J =wh滲透力滲透力j = J/V = wh/L = wij = wi一. 滲透力3 土的滲透性和滲流 50h1hh200hwL土樣土樣濾網(wǎng)濾網(wǎng)貯水器貯水器a bP2WP1RA=1R = Lwh滲流中的土體所受濾網(wǎng)支持力滲流中的土體所受濾網(wǎng)支持力向上滲流存在時(shí)

32、，濾網(wǎng)支持力減少向上滲流存在時(shí)，濾網(wǎng)支持力減少臨界水力坡降臨界水力坡降i = h/L = /wicr = / /w Lwh = 0e1)1G(ws e11Giscr 一. 滲透力3 土的滲透性和滲流 51P2WP1Rh1hh200hwL土樣土樣濾網(wǎng)濾網(wǎng)貯水器貯水器a bA=1P1+ Ww+ J = P2水體的平衡條件水體的平衡條件j = wiwhw+ wL + j L= wh1WJWwJ=R+P2P1P1 = = whwP2 = = wh1Ww= Vvw+ Vsw= LwiLhL)Lhh(jwww1w 一. 滲透力土水隔離分析土水隔離分析3 土的滲透性和滲流 52滲透力的性質(zhì)滲透力的性質(zhì)物理意

33、義：物理意義：單位土體內(nèi)土骨架所受到的滲透水流的拖曳力，它是體積力單位土體內(nèi)土骨架所受到的滲透水流的拖曳力，它是體積力j = j = w wi i大?。捍笮。悍较颍悍较颍号c與i i方向一致（均質(zhì)土與滲流方向一致）方向一致（均質(zhì)土與滲流方向一致）作用對象：作用對象：土骨架土骨架一. 滲透力3 土的滲透性和滲流 53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)的變形或破壞形成條件形成條件 防治措施防治措施 二.滲透變形（滲透破壞） 3 土的滲透性和滲流 54粘性土粘性土k110Cu10）不連續(xù)不連續(xù)連續(xù)連續(xù)D D0 0=0.25d=0.25d2020細(xì)粒含量細(xì)粒含量35%35%細(xì)粒含量細(xì)粒含量25%25%細(xì)粒含量細(xì)粒含量=25-35%=25-35%D D0 0