清華大學(xué)胡黎明土力學(xué)-土的滲透性與滲流

1、第二章 土的滲透性和滲流問題第一章第一章 土的物理性質(zhì)與工程分類土的物理性質(zhì)與工程分類n1.1 土的形成土的形成n1.2 土的三相組成土的三相組成n1.3 土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài)n1.4 土的結(jié)構(gòu)土的結(jié)構(gòu)n1.5 土的工程分類土的工程分類n1.6 土的壓實(shí)性土的壓實(shí)性復(fù)習(xí)第二章 土的滲透性和滲流問題土是巖石經(jīng)過土是巖石經(jīng)過風(fēng)化后在后在不同條件下形成的自然歷史的產(chǎn)物下形成的自然歷史的產(chǎn)物風(fēng)化風(fēng)化巖石巖石地球地球土土地球搬運(yùn)、沉積搬運(yùn)、沉積1.1 土的形成土的形成復(fù)習(xí)n風(fēng)化作用：風(fēng)化作用：物理風(fēng)化物理風(fēng)化 化學(xué)風(fēng)化化學(xué)風(fēng)化 生物風(fēng)化生物風(fēng)化n搬運(yùn)與沉積：搬運(yùn)與沉積：殘積土，運(yùn)積土殘積土，運(yùn)積土n

2、運(yùn)積土運(yùn)積土：坡積土；洪積土；沖積土；湖泊沼澤沉積土坡積土；洪積土；沖積土；湖泊沼澤沉積土 海相沉積物；冰積土；風(fēng)積土海相沉積物；冰積土；風(fēng)積土第二章 土的滲透性和滲流問題土是三相體系：固相、液相和氣相土是三相體系：固相、液相和氣相1. 固體顆粒固體顆粒2. 土中水土中水3. 土中氣體土中氣體1.2 土的三相組成土的三相組成l粒徑級(jí)配粒徑級(jí)配l礦物成分礦物成分l顆粒形狀顆粒形狀結(jié)合水結(jié)合水 (強(qiáng)結(jié)合水、弱結(jié)合水強(qiáng)結(jié)合水、弱結(jié)合水) 自由水自由水 (重力水、毛細(xì)水重力水、毛細(xì)水)自由氣體自由氣體封閉氣體封閉氣體復(fù)習(xí)第二章 土的滲透性和滲流問題1.3 土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài)WaterAirSol

3、idVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量質(zhì)量體積體積土的物理性質(zhì)指標(biāo)土的物理性質(zhì)指標(biāo)n三相草圖三相草圖n基本試驗(yàn)指標(biāo)基本試驗(yàn)指標(biāo)密度、土粒比重、含水量密度、土粒比重、含水量n其它物理性質(zhì)指標(biāo)其它物理性質(zhì)指標(biāo)孔隙比孔隙比e 或或 孔隙度孔隙度n；飽和度；飽和度Sr；密度和容重指標(biāo)；密度和容重指標(biāo)復(fù)習(xí)第二章 土的滲透性和滲流問題1.3 土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài)pLpLI 1. 1. 粗粒土的密實(shí)狀態(tài)指標(biāo)粗粒土的密實(shí)狀態(tài)指標(biāo): : 相對(duì)密度相對(duì)密度Dr 2. 2. 細(xì)粒土的稠度狀態(tài)指標(biāo)細(xì)粒土的稠度狀態(tài)指標(biāo): : 液性指數(shù)液性指數(shù)IL定義定義判別標(biāo)準(zhǔn)判別標(biāo)準(zhǔn)定義定義判別標(biāo)準(zhǔn)判別標(biāo)準(zhǔn)界限含水量界限含

4、水量 S、 P、 L 塑性指數(shù)塑性指數(shù) IpminmaxmaxreeeeD 土的物理狀態(tài)指標(biāo)土的物理狀態(tài)指標(biāo)復(fù)習(xí)第二章 土的滲透性和滲流問題土顆粒或粒團(tuán)的土顆?；蛄F(tuán)的空間排列和相互聯(lián)結(jié)空間排列和相互聯(lián)結(jié)土粒間的作用力土粒間的作用力粘性土的粘性土的結(jié)構(gòu)性指標(biāo)結(jié)構(gòu)性指標(biāo)土的結(jié)構(gòu)土的結(jié)構(gòu)粗粒土的結(jié)構(gòu)粗粒土的結(jié)構(gòu)單粒結(jié)構(gòu)單粒結(jié)構(gòu)細(xì)粒土的結(jié)構(gòu)細(xì)粒土的結(jié)構(gòu)分散結(jié)構(gòu)分散結(jié)構(gòu) 凝聚結(jié)構(gòu)凝聚結(jié)構(gòu)重力起主導(dǎo)作用重力起主導(dǎo)作用1.4 土的結(jié)構(gòu)土的結(jié)構(gòu)復(fù)習(xí)第二章 土的滲透性和滲流問題建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50007-2002GB50007-2002分類法分類法 水利部水利部SL237-1999

5、SL237-1999分類法分類法土的組成土的組成土的狀態(tài)土的狀態(tài)土的結(jié)構(gòu)土的結(jié)構(gòu)將工程性質(zhì)相近的土進(jìn)行分類將工程性質(zhì)相近的土進(jìn)行分類目的：目的：便于調(diào)查研究、分析評(píng)價(jià)和交流便于調(diào)查研究、分析評(píng)價(jià)和交流依據(jù)：依據(jù)：最能反映土的物理力學(xué)性質(zhì)的指標(biāo)最能反映土的物理力學(xué)性質(zhì)的指標(biāo)1.5 土的工程分類土的工程分類復(fù)習(xí)第二章 土的滲透性和滲流問題一一. . 室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn) 二二. . 細(xì)粒土的壓實(shí)性細(xì)粒土的壓實(shí)性 三三. . 粗粒土的壓實(shí)性粗粒土的壓實(shí)性 1.擊實(shí)曲線擊實(shí)曲線2.理論分析理論分析 3.影響因素影響因素4.壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)：壓實(shí)度：壓實(shí)度1.擊實(shí)曲線擊實(shí)曲線2.理論分析理論分析 3

6、.壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)：相對(duì)密度：相對(duì)密度1.6 土的壓實(shí)性土的壓實(shí)性復(fù)習(xí)土力學(xué)（土力學(xué)（1）n緒緒 論論n第一章第一章 土的物理性質(zhì)與工程分類土的物理性質(zhì)與工程分類n第二章第二章 土的滲透性和滲透破壞土的滲透性和滲透破壞n第三章第三章 土中應(yīng)力計(jì)算土中應(yīng)力計(jì)算n第四章第四章 土的變形特性土的變形特性n第五章第五章 土的強(qiáng)度土的強(qiáng)度第二章 土的滲透性和滲流問題第二章第二章 土的滲透性和滲流問題土的滲透性和滲流問題2.0 概概 述述2.1 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律 (Seepage Theory)2.2 平面滲流與流網(wǎng)平面滲流與流網(wǎng) (Plane Flow and Flow Nets

7、)2.3 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形 (Seepage Force and Seepage Deformation) 先修課程：水力學(xué)先修課程：水力學(xué)第二章 土的滲透性和滲流問題碎散性碎散性三相性三相性孔隙流體孔隙流體流動(dòng)流動(dòng)滲透性：滲透性：土具有被水、氣等液土具有被水、氣等液體透過的性質(zhì)體透過的性質(zhì)滲滲 流：流：水、氣等在土體孔隙水、氣等在土體孔隙中流動(dòng)的現(xiàn)象中流動(dòng)的現(xiàn)象概概 述述能量差能量差第二章第二章 土的滲透性和滲流問題土的滲透性和滲流問題土顆粒土顆粒土中水土中水滲流滲流第二章 土的滲透性和滲流問題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概概 述述本章內(nèi)容本章內(nèi)容飽和土中

8、水的滲透特性飽和土中水的滲透特性滲透問題滲透問題滲滲 流流 量量滲透變形滲透變形滲流控制滲流控制第二章第二章 土的滲透性和滲流問題土的滲透性和滲流問題集水建筑物集水建筑物 引水結(jié)構(gòu)物引水結(jié)構(gòu)物 擋水建筑物擋水建筑物基礎(chǔ)工程基礎(chǔ)工程地下工程地下工程邊坡工程邊坡工程第二章 土的滲透性和滲流問題第二章第二章 土的滲透性和滲流問題土的滲透性和滲流問題2.0 概概 述述2.1 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律2.2 平面滲流與流網(wǎng)平面滲流與流網(wǎng)2.3 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形第二章 土的滲透性和滲流問題2.1 土的滲透性與滲透規(guī)律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

9、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(cè)定及影響因素三滲透系數(shù)的測(cè)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)第二章 土的滲透性和滲流問題2.1 土的滲透性與滲透規(guī)律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水往低處流水往低處流水往高處水往高處“跑跑”速度速度v壓力壓力u位置位置：使水流從位置勢(shì)能：使水流從位置勢(shì)能高處流向位置勢(shì)能低處高處流向位置勢(shì)能低處流速：流速：水具有的動(dòng)能水具有的動(dòng)能壓力：壓力：水所具有的壓力勢(shì)能水所具有的壓力勢(shì)能第二章 土的滲透性和滲流問題2.1 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律一滲流中的水頭與水

10、力坡降一滲流中的水頭與水力坡降靜水靜水zA0ABu0pawAug gzBwBug g基準(zhǔn)面基準(zhǔn)面zA0ABu0pawAug gzBwBug g基準(zhǔn)面基準(zhǔn)面靜水靜水n位置水頭位置水頭：到基準(zhǔn)面的豎直距到基準(zhǔn)面的豎直距離，代表單位重量的液體從基離，代表單位重量的液體從基準(zhǔn)面算起所具有的位置勢(shì)能準(zhǔn)面算起所具有的位置勢(shì)能n壓力水頭壓力水頭：水壓力所能引起的水壓力所能引起的自由水面的升高，表示單位重自由水面的升高，表示單位重量液體所具有的壓力勢(shì)能量液體所具有的壓力勢(shì)能n測(cè)管水頭測(cè)管水頭：測(cè)管水面到基準(zhǔn)面測(cè)管水面到基準(zhǔn)面的垂直距離，等于位置水頭和的垂直距離，等于位置水頭和壓力水頭之和，表示單位重量壓力水頭

11、之和，表示單位重量液體的總勢(shì)能液體的總勢(shì)能在靜止液體中各點(diǎn)的測(cè)管水頭相等在靜止液體中各點(diǎn)的測(cè)管水頭相等第二章 土的滲透性和滲流問題g2vuzh2w g g 水頭：水頭：?jiǎn)挝毁|(zhì)量水體所具有的能量單位質(zhì)量水體所具有的能量位置水頭：位置水頭：?jiǎn)挝毁|(zhì)量水體所具有的位能單位質(zhì)量水體所具有的位能壓力水頭：壓力水頭：?jiǎn)挝毁|(zhì)量水體所具有的壓力勢(shì)能單位質(zhì)量水體所具有的壓力勢(shì)能流速水頭：流速水頭：?jiǎn)挝毁|(zhì)量水體所具有的動(dòng)能單位質(zhì)量水體所具有的動(dòng)能0總水頭：總水頭：總機(jī)械能位置水頭總機(jī)械能位置水頭+壓力水頭壓力水頭+流速水頭流速水頭2.1 土的滲透性與滲透規(guī)律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

12、與水力坡降總水頭差產(chǎn)生滲流總水頭差產(chǎn)生滲流能量方程能量方程測(cè)管水頭測(cè)管水頭第二章 土的滲透性和滲流問題AL透水層透水層不透水層不透水層基坑基坑板樁墻板樁墻2.1 土的滲透性與滲透規(guī)律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連續(xù)原理連續(xù)原理能量方程能量方程B第二章 土的滲透性和滲流問題ALh1h2zAwAug gwBug gzB h h00基準(zhǔn)面基準(zhǔn)面水力坡降線水力坡降線wAA1uzhg g wBB2uzhg g wuzhgLhi A點(diǎn)總水頭點(diǎn)總水頭B點(diǎn)總水頭點(diǎn)總水頭總水頭總水頭2.1 土的滲透性與滲透規(guī)律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

13、力坡降總水頭差總水頭差滲流滲流B水力坡降水力坡降i: :單位長(zhǎng)度上的水頭損失單位長(zhǎng)度上的水頭損失 h h: :水頭損失水頭損失第二章 土的滲透性和滲流問題2.1 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律二二. .滲透試驗(yàn)與達(dá)西定律滲透試驗(yàn)與達(dá)西定律 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. 滲透試驗(yàn)滲透試驗(yàn)試驗(yàn)前提：層流試驗(yàn)前提：層流試驗(yàn)條件試驗(yàn)條件: h1，A，L=const量測(cè)變量量測(cè)變量: h2，V，t試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)結(jié)果LVh1h2dabc012h土樣0第二章 土的滲透性和滲流問題2.1 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律二

14、二. .滲透試驗(yàn)與達(dá)西定律滲透試驗(yàn)與達(dá)西定律iv 2. 達(dá)西定律達(dá)西定律ikv 滲透系數(shù)滲透系數(shù)k: 反映土的透水性能的比例系數(shù)反映土的透水性能的比例系數(shù) 物理意義：水力坡降物理意義：水力坡降i1時(shí)的滲流速度時(shí)的滲流速度 單位：?jiǎn)挝唬簃m/s, cm/s, m/s, m/day 滲透系數(shù)與土的性質(zhì)有關(guān)。滲透系數(shù)與土的性質(zhì)有關(guān)。土類k (cm/s)礫石、粗砂10-110-2中砂10-210-3細(xì)砂、粉砂10-310-4粉土10-410-6粉質(zhì)粘土10-610-7粘土10-710-10在層流狀態(tài)的滲流中，滲透在層流狀態(tài)的滲流中，滲透速度速度v v與水力坡降與水力坡降i i成正比成正比第二章 土的滲

15、透性和滲流問題2.1 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律二二. .滲透試驗(yàn)與達(dá)西定律滲透試驗(yàn)與達(dá)西定律2. 達(dá)西定律達(dá)西定律ikv nvvvs AAvAAnv 達(dá)西流速達(dá)西流速v：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孔隙平均滲流速度孔隙平均滲流速度vs：孔隙斷面的平均滲流速度：孔隙斷面的平均滲流速度孔隙實(shí)際滲流速度孔隙實(shí)際滲流速度?A AvQVA VsAv第二章 土的滲透性和滲流問題2.1 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律二二. .滲透試驗(yàn)與達(dá)西定律滲透試驗(yàn)與達(dá)西定律3. 達(dá)西定律適用條件達(dá)西定律適用條件ikv 層流層流(線性流線

16、性流)：大部分砂土，粉土；普通粘性土大部分砂土，粉土；普通粘性土兩種特例兩種特例粗粒土：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 砂土中滲透速度砂土中滲透速度 vvcr= =0.3-0.5cm/s粘性土：粘性土：致密的粘土，致密的粘土，ii0, v=k(i - i0 )ivovcrvoi0)1m(kivm ii0: 起始起始水力坡降水力坡降第二章 土的滲透性和滲流問題2.1 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律三三. .滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素 1. 滲透系數(shù)的測(cè)定方法滲透系數(shù)的測(cè)定方法室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)定方法室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)定方法野外試驗(yàn)測(cè)定方法野

17、外試驗(yàn)測(cè)定方法常水頭試驗(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)水力學(xué)第二章 土的滲透性和滲流問題ALQh土樣2.1 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律三三. .滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素 室內(nèi)試驗(yàn)方法室內(nèi)試驗(yàn)方法1常水頭試驗(yàn)常水頭試驗(yàn)試驗(yàn)條件：試驗(yàn)條件： h，A，L=const量測(cè)變量：量測(cè)變量：V，t結(jié)果整理：結(jié)果整理：i= h/LV=Qt=vAtv=kihtAVLk常水頭試驗(yàn)適用土類：常水頭試驗(yàn)適用土類：透水性較大的砂性土透水性較大的砂性土試驗(yàn)裝置試驗(yàn)裝置第二章 土的滲透性和滲流問題t=t1dht=t2aALQhh

18、1h2土樣開關(guān)水頭管2.1 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律三三. .滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素 室內(nèi)試驗(yàn)方法室內(nèi)試驗(yàn)方法2變水頭試驗(yàn)變水頭試驗(yàn)試驗(yàn)條件：試驗(yàn)條件： h變化變化，A、L=const量測(cè)變量：量測(cè)變量： h ，t透水性較小的粘性土透水性較小的粘性土變水頭變水頭滲透試驗(yàn)裝置滲透試驗(yàn)裝置21lnhhAtaLkt1、t2時(shí)刻：時(shí)刻： h1， h2 iodVadhdVkiAdt 第二章 土的滲透性和滲流問題2.1 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律三三. .滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素 室內(nèi)試驗(yàn)方法室內(nèi)試驗(yàn)方法2變水頭試驗(yàn)變水頭試驗(yàn)

19、理論推導(dǎo)理論推導(dǎo):dVe= - 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 21hht0hdhkAaLdt21hhlnkAaLt t=t1dht=t2aALQhh1h2土樣開關(guān)水頭管變水頭變水頭滲透試驗(yàn)裝置滲透試驗(yàn)裝置21hhlnAtaLk 第二章 土的滲透性和滲流問題2.1 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律三三. .滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素 室內(nèi)試驗(yàn)方法室內(nèi)試驗(yàn)方法小結(jié)小結(jié)常水頭試驗(yàn)常水頭試驗(yàn)變水頭試驗(yàn)變水頭試驗(yàn)條件條件已知已知測(cè)定測(cè)定

20、計(jì)算計(jì)算取值取值 h=const h變化變化 h，A，LV，t重復(fù)試驗(yàn)后，取均值重復(fù)試驗(yàn)后，取均值a，A，L h，t21hhlnAtaLk htAVLk 不同時(shí)段試驗(yàn)，取均值不同時(shí)段試驗(yàn)，取均值適用適用砂性土砂性土粘性土粘性土第二章 土的滲透性和滲流問題2.1 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律三三. . 滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素 室內(nèi)試驗(yàn)方法室內(nèi)試驗(yàn)方法小結(jié)小結(jié)優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單，費(fèi)用較省優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單，費(fèi)用較省缺點(diǎn)：重塑土樣不能反映結(jié)構(gòu)性和各向異性缺點(diǎn)：重塑土樣不能反映結(jié)構(gòu)性和各向異性 原狀土樣不易取得原狀土樣不易取得現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)：現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)：測(cè)定現(xiàn)場(chǎng)土層的滲透性質(zhì)第二

21、章 土的滲透性和滲流問題2.1 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律三三. .滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素 野外測(cè)定方法野外測(cè)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)優(yōu)點(diǎn)：可獲得較：可獲得較為可靠的現(xiàn)場(chǎng)平為可靠的現(xiàn)場(chǎng)平均滲透系數(shù)均滲透系數(shù)缺點(diǎn)缺點(diǎn)：費(fèi)用高，：費(fèi)用高，耗時(shí)長(zhǎng)耗時(shí)長(zhǎng)地下水位地下水位測(cè)壓管水位測(cè)壓管水位井井抽水量抽水量Qr1rr2dhdrh1hh2不透水層不透水層觀察井觀察井試驗(yàn)方法試驗(yàn)方法212212hh)r/rln(Qk 降落漏斗降落漏斗第二章 土的滲透性和滲流問題2.1 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律三三. .滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素

22、滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素 野外測(cè)定方法野外測(cè)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)法理論分析理論分析A=2 rhi=dh/drdrdhkrh2AkiQ khdh2rdrQ )hh(krrlnQ212212 212212hh)r/rln(Qk 假設(shè)水流為水平流向豎直斷面水力坡降為常數(shù)第二章 土的滲透性和滲流問題k=f(土體特性、流體特性土體特性、流體特性)2.1 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律三三. .滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素 2. 影響因素影響因素粒徑大小及級(jí)配粒徑大小及級(jí)配孔隙比孔隙比礦物成分礦物成分結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)飽和度飽和度 孔隙流體的動(dòng)力粘滯系數(shù)孔隙流體

23、的動(dòng)力粘滯系數(shù)第二章 土的滲透性和滲流問題2.1 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律三三. .滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素 2.影響因素影響因素- -土體特性土體特性粒徑大小及級(jí)配粒徑大小及級(jí)配孔隙直徑孔隙直徑孔隙比孔隙比 孔隙體積孔隙體積礦物成分礦物成分 表面力表面力結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 排列形式，各向異性排列形式，各向異性飽和度飽和度 有效滲透面積有效滲透面積210 40 150kc dc 31ekexzkk第二章 土的滲透性和滲流問題2.1 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律三三. .滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素 2.影響因素影響因素- -土體特性

24、土體特性飽和度飽和度 有效滲透面積有效滲透面積注意：注意：測(cè)量測(cè)量k值時(shí)，試樣要充分飽和值時(shí)，試樣要充分飽和飽和度飽和度 sr(%)滲透系數(shù)滲透系數(shù)k(10-3cm/s)876543280 90 100第二章 土的滲透性和滲流問題2.1 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律三三. .滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素 2.影響因素影響因素- -流體特性流體特性粘滯性粘滯性溫度溫度注意：測(cè)量注意：測(cè)量k值時(shí)，進(jìn)行溫度校正值時(shí)，進(jìn)行溫度校正溫度升高，粘滯性降低，溫度升高，粘滯性降低，k值變大值變大第二章 土的滲透性和滲流問題2.1 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律四四.

25、.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)確立各層土的確立各層土的ki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ikv 非均勻非均勻各向異性各向異性如何進(jìn)行如何進(jìn)行滲流計(jì)算？滲流計(jì)算？多個(gè)土層用假想單一土層置換，多個(gè)土層用假想單一土層置換，總體上可以用總體上可以用Darcy定律描述定律描述第二章 土的滲透性和滲流問題2.1 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律四四. .層狀地基的等效滲透系數(shù)層狀地基的等效滲透系數(shù)H1H2H3H hk1k2k3xzq1xq3xq2xL1122不透水層不透水層水平滲流水平滲流已知條件已知條件: :L

26、hiii ixxqq等效滲透系數(shù)等效滲透系數(shù): :qxi=vxiHi=kiiHiqx=kiiiHi=kxiH iixHkH1k閘板閘板閘閘門門達(dá)西定律達(dá)西定律: :各層水力梯度相同各層水力梯度相同滲流關(guān)系滲流關(guān)系: :123123, , ; , , HHHkkk第二章 土的滲透性和滲流問題2.1 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律四四. .層狀地基的等效滲透系數(shù)層狀地基的等效滲透系數(shù)豎直滲流豎直滲流等效滲透系數(shù)等效滲透系數(shù): :H1H2H3H hk1k2k3xzv承壓水承壓水已知條件已知條件: :vvi ihhvi = ki ( h hi i/ /Hi)iiikvHh zkvHh iiz

27、kvHkvH iizkHHk11iziHkHk達(dá)西定律達(dá)西定律: :滲流關(guān)系滲流關(guān)系: :123123, , ; , , HHHkkk各層滲流速度相同各層滲流速度相同第二章 土的滲透性和滲流問題2.1 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律四四. .層狀地基的等效滲透系數(shù)層狀地基的等效滲透系數(shù)算例說明算例說明 day/m100k,m0 . 1Hday/m1k,m0 . 1Hday/m01. 0k,m0 . 1H332211 按層厚加權(quán)平均，由較大值控制按層厚加權(quán)平均，由較大值控制層厚倒數(shù)加權(quán)平均，由較小值控制層厚倒數(shù)加權(quán)平均，由較小值控制day/m67.33HHkkiix day/m03.

28、0kHHkiiz ?xzkk第二章 土的滲透性和滲流問題2.1 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律四四. .層狀地基的等效滲透系數(shù)層狀地基的等效滲透系數(shù)小結(jié)小結(jié)水平滲流情形水平滲流情形豎直滲流情形豎直滲流情形關(guān)系關(guān)系已知已知等效等效推求推求Lhii;HH;qqiii .k.;H,H121iHkqx 1xiikk HH ii2121HH;hh;v.vv;q.qq.k,k.;H,H2121Hhkikvzz /ziiHkHk實(shí)際工程中應(yīng)注意滲透水流的方向，選擇正確的等效滲透系數(shù)第二章 土的滲透性和滲流問題2.1 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律小結(jié)小結(jié)n一滲流中的水頭與水力坡降一滲流中

29、的水頭與水力坡降n二滲透試驗(yàn)與達(dá)西定律二滲透試驗(yàn)與達(dá)西定律n三滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素三滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素n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)第二章 土的滲透性和滲流問題第二章第二章 土的滲透性和滲流問題土的滲透性和滲流問題2.1 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律2.2 平面滲流與流網(wǎng)平面滲流與流網(wǎng)一一. 平面滲流的基本方程及求解平面滲流的基本方程及求解二二. 流網(wǎng)的繪制及應(yīng)用流網(wǎng)的繪制及應(yīng)用2.3 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形第二章 土的滲透性和滲流問題2.2 平面滲流與流網(wǎng)平面滲流與流網(wǎng)一一. .平面滲流的基本方程及求解平面滲流的基本方程及求解Laplace

30、方程方程zxzvxvdxxvvxx dzzvvzz 連續(xù)性條件連續(xù)性條件zxkk 假定假定 h平面穩(wěn)定滲流，平面穩(wěn)定滲流， h h恒定，流場(chǎng)與恒定，流場(chǎng)與時(shí)間無關(guān)，可取單寬時(shí)間無關(guān)，可取單寬 dy=1dy=1分析分析h=h(x,z), v=v(x,z)達(dá)西定律達(dá)西定律平面滲流的平面滲流的基本方程基本方程 1. 基本方程基本方程0zhxh2222 20hdxdz第二章 土的滲透性和滲流問題2.2 平面滲流與流網(wǎng)平面滲流與流網(wǎng)一一. .平面滲流的基本方程及求解平面滲流的基本方程及求解1. 基本方程基本方程 特點(diǎn)特點(diǎn) 與與k(kk(kx xk kz z) )無關(guān)無關(guān) 滿足它的是兩個(gè)共軛調(diào)合函數(shù)：勢(shì)函

31、數(shù)和流函數(shù)滿足它的是兩個(gè)共軛調(diào)合函數(shù)：勢(shì)函數(shù)和流函數(shù) 0zvxvzx n 連續(xù)性條件連續(xù)性條件n 達(dá)西定律達(dá)西定律zxkk 假定假定 dxvdzvdqzxe dx)dzzvv(dz)dxxvv(dqzzxxo oedqdq 0zhkxhk22z22x 平面穩(wěn)定滲流平面穩(wěn)定滲流基本方程基本方程Laplace方程方程0zhxh2222 zzhvkzxxhvkxzxzvxvdxxvvxx dzzvvzz dxdz第二章 土的滲透性和滲流問題2.2 平面滲流與流網(wǎng)平面滲流與流網(wǎng)一一. .平面滲流的基本方程及求解平面滲流的基本方程及求解2. 求解方法求解方法 基本方程定解條件基本方程定解條件 h解析方法

32、解析方法試驗(yàn)比擬方法試驗(yàn)比擬方法數(shù)值解法數(shù)值解法圖解法圖解法0zhxh2222 第二章 土的滲透性和滲流問題2.2 平面滲流與流網(wǎng)平面滲流與流網(wǎng)一一. .平面滲流的基本方程及求解平面滲流的基本方程及求解2. 求解方法求解方法解析方法解析方法適用于邊界條件簡(jiǎn)單、土質(zhì)均勻的情況適用于邊界條件簡(jiǎn)單、土質(zhì)均勻的情況 微分方程的通解：兩個(gè)共軛調(diào)和函數(shù)微分方程的通解：兩個(gè)共軛調(diào)和函數(shù)勢(shì)函數(shù)勢(shì)函數(shù)(x,z)等勢(shì)線等勢(shì)線流函數(shù)流函數(shù)(x,z)流流 線線相互正交相互正交邊界條件邊界條件特解特解確定滲流場(chǎng)內(nèi)各點(diǎn)確定滲流場(chǎng)內(nèi)各點(diǎn)測(cè)管水頭測(cè)管水頭h的分布的分布基本方程基本方程邊界條件邊界條件穩(wěn)定滲流情況0zhxh22

33、22 第二章 土的滲透性和滲流問題2.2 平面滲流與流網(wǎng)平面滲流與流網(wǎng)一一. .平面滲流的基本方程及求解平面滲流的基本方程及求解勢(shì)函數(shù)的特性：勢(shì)函數(shù)的特性： 等勢(shì)面是等水頭面等勢(shì)面是等水頭面 兩條等勢(shì)面的勢(shì)值差同其水頭差成正比兩條等勢(shì)面的勢(shì)值差同其水頭差成正比流函數(shù)的特性：流函數(shù)的特性：流線互不相交，同一條流線流函數(shù)值為一常數(shù)流線互不相交，同一條流線流函數(shù)值為一常數(shù)兩條流線流函數(shù)的差值等于其間通過的流量?jī)蓷l流線流函數(shù)的差值等于其間通過的流量2. 求解方法求解方法解析方法解析方法第二章 土的滲透性和滲流問題2.2 平面滲流與流網(wǎng)平面滲流與流網(wǎng)一一. .平面滲流的基本方程及求解平面滲流的基本方程及

34、求解1）勢(shì)函數(shù)和流函數(shù)均滿足拉普拉斯方程）勢(shì)函數(shù)和流函數(shù)均滿足拉普拉斯方程2）勢(shì)函數(shù)和流函數(shù)正交，一點(diǎn)兩線的斜率互）勢(shì)函數(shù)和流函數(shù)正交，一點(diǎn)兩線的斜率互成負(fù)倒數(shù)成負(fù)倒數(shù)3）勢(shì)函數(shù)和流函數(shù)是互為共軛的調(diào)和函數(shù)，）勢(shì)函數(shù)和流函數(shù)是互為共軛的調(diào)和函數(shù)，兩者均完備地描述了同一個(gè)滲流場(chǎng)兩者均完備地描述了同一個(gè)滲流場(chǎng)4）當(dāng)對(duì)調(diào)邊界條件時(shí)，勢(shì)函數(shù)和流函數(shù)兩組）當(dāng)對(duì)調(diào)邊界條件時(shí)，勢(shì)函數(shù)和流函數(shù)兩組曲線可互換曲線可互換2. 求解方法求解方法解析方法解析方法流網(wǎng)圖解法的理論基礎(chǔ)流網(wǎng)圖解法的理論基礎(chǔ)第二章 土的滲透性和滲流問題2.2 平面滲流與流網(wǎng)平面滲流與流網(wǎng)一一. .平面滲流的基本方程及求解平面滲流的基本方程及

35、求解2. 求解方法求解方法數(shù)值解法數(shù)值解法求解偏微分方程求解偏微分方程差分法、有限元方法差分法、有限元方法可以求解復(fù)雜邊值問題，精度高，應(yīng)用愈來愈廣泛可以求解復(fù)雜邊值問題，精度高，應(yīng)用愈來愈廣泛 第二章 土的滲透性和滲流問題2.2 平面滲流與流網(wǎng)平面滲流與流網(wǎng)一一. .平面滲流的基本方程及求解平面滲流的基本方程及求解2. 求解方法求解方法試驗(yàn)比擬方法試驗(yàn)比擬方法電比擬方法電比擬方法：根據(jù)根據(jù)滲流場(chǎng)和和電場(chǎng)均服從均服從LaplaceLaplace方程這一特點(diǎn)，按一定比例制作模型，用電場(chǎng)方程這一特點(diǎn)，按一定比例制作模型，用電場(chǎng)中的等勢(shì)線和流線來模擬滲流場(chǎng)中的等勢(shì)線和中的等勢(shì)線和流線來模擬滲流場(chǎng)中的

36、等勢(shì)線和流線，以達(dá)到確定滲流場(chǎng)中滲流要素的目的。流線，以達(dá)到確定滲流場(chǎng)中滲流要素的目的。電比擬方法電比擬方法電網(wǎng)絡(luò)法電網(wǎng)絡(luò)法沙槽模型法沙槽模型法第二章 土的滲透性和滲流問題2.2 平面滲流與流網(wǎng)平面滲流與流網(wǎng)一一. .平面滲流的基本方程及求解平面滲流的基本方程及求解2. 求解方法求解方法圖解法：流網(wǎng)圖解法：流網(wǎng)理論基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)： 解析法的結(jié)果解析法的結(jié)果 一種常用的近似求解方法一種常用的近似求解方法優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)： 簡(jiǎn)單、迅速、保證精度簡(jiǎn)單、迅速、保證精度 可求解復(fù)雜邊界問題可求解復(fù)雜邊界問題第二章 土的滲透性和滲流問題2.2 平面滲流與流網(wǎng)平面滲流與流網(wǎng)二二. .流網(wǎng)的繪制及應(yīng)用流網(wǎng)的繪制及應(yīng)用

37、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(shì)線：等勢(shì)線：測(cè)管水頭相同的點(diǎn)之連線測(cè)管水頭相同的點(diǎn)之連線流流 網(wǎng)：網(wǎng)：滲流場(chǎng)中的兩族相互正交曲線滲流場(chǎng)中的兩族相互正交曲線等勢(shì)線和流線所形成的等勢(shì)線和流線所形成的網(wǎng)絡(luò)狀曲線簇網(wǎng)絡(luò)狀曲線簇流網(wǎng)法：流網(wǎng)法：通過繪制流線與等勢(shì)線的網(wǎng)絡(luò)狀曲線簇來求解滲流問題通過繪制流線與等勢(shì)線的網(wǎng)絡(luò)狀曲線簇來求解滲流問題第二章 土的滲透性和滲流問題2.2 平面滲流與流網(wǎng)平面滲流與流網(wǎng)二二. .流網(wǎng)的繪制及應(yīng)用流網(wǎng)的繪制及應(yīng)用 基本要求基本要求1.正交性：流線與等勢(shì)線必須正交正交性：流線與等勢(shì)線必須正交2.各個(gè)網(wǎng)格的長(zhǎng)寬比各個(gè)網(wǎng)格的長(zhǎng)寬比c應(yīng)為常數(shù)。取應(yīng)為常數(shù)。取c

38、=1，即為曲邊正方形，即為曲邊正方形3.在邊界上滿足流場(chǎng)邊界條件要求，保證解的唯一性。在邊界上滿足流場(chǎng)邊界條件要求，保證解的唯一性。4.流網(wǎng)中應(yīng)使相鄰流線間的流函數(shù)差和相鄰等勢(shì)線間的勢(shì)函流網(wǎng)中應(yīng)使相鄰流線間的流函數(shù)差和相鄰等勢(shì)線間的勢(shì)函數(shù)（水頭）差不變數(shù)（水頭）差不變流網(wǎng)形狀流網(wǎng)形狀均質(zhì)地基情況下與滲透系數(shù)無均質(zhì)地基情況下與滲透系數(shù)無關(guān)關(guān)第二章 土的滲透性和滲流問題2.2 平面滲流與流網(wǎng)平面滲流與流網(wǎng)二二. .流網(wǎng)的繪制及應(yīng)用流網(wǎng)的繪制及應(yīng)用 繪制方法繪制方法ABCD l sHH H00 l s一個(gè)高精度的流網(wǎng)圖，需經(jīng)一個(gè)高精度的流網(wǎng)圖，需經(jīng)過多次的修改后才能完成。過多次的修改后才能完成。根據(jù)

39、滲流場(chǎng)根據(jù)滲流場(chǎng)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(shì)線和首尾等勢(shì)線正正交交性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)流線流線等勢(shì)線等勢(shì)線反復(fù)修改，調(diào)整反復(fù)修改，調(diào)整精度較高的流網(wǎng)圖精度較高的流網(wǎng)圖第二章 土的滲透性和滲流問題2.2 平面滲流與流網(wǎng)平面滲流與流網(wǎng)二二. .流網(wǎng)的繪制及應(yīng)用流網(wǎng)的繪制及應(yīng)用 流網(wǎng)特點(diǎn)流網(wǎng)特點(diǎn)( (均勻各向同性土層穩(wěn)定滲流情況均勻各向同性土層穩(wěn)定滲流情況) )等勢(shì)線上各點(diǎn)測(cè)管水頭等勢(shì)線上各點(diǎn)測(cè)管水頭h h相等；相等；與上下游水位變化與上下游水位變化( ( h)h)無關(guān)；無關(guān)；與滲透系數(shù)與滲透系數(shù)k k無關(guān)。無關(guān)。第二章 土的滲透性和滲流問題2.

40、2 平面滲流與流網(wǎng)平面滲流與流網(wǎng)二二. .流網(wǎng)的繪制及應(yīng)用流網(wǎng)的繪制及應(yīng)用 流網(wǎng)的應(yīng)用流網(wǎng)的應(yīng)用確定物理量：確定物理量：測(cè)管水頭：測(cè)管水頭：h h孔孔 壓：壓：u u水力坡降：水力坡降：滲透流速：滲透流速：滲透流量：滲透流量：/ihl ()zhhgiivk ihh; hqkskqM qMkl N：等勢(shì)線間隔數(shù)：等勢(shì)線間隔數(shù)M：流道數(shù)：流道數(shù)/(1)hH NHn 第二章 土的滲透性和滲流問題第二章第二章 土的滲透性和滲流問題土的滲透性和滲流問題2.1 土的滲透性與滲透規(guī)律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(cè)定及

41、影響因素三滲透系數(shù)的測(cè)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)2.2 平面滲流與流網(wǎng)平面滲流與流網(wǎng)一一. 平面滲流的基本方程及求解平面滲流的基本方程及求解二二. 流網(wǎng)的繪制及應(yīng)用流網(wǎng)的繪制及應(yīng)用2.3 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形第二章 土的滲透性和滲流問題思思 考考 h=0h=0，靜水中，土骨靜水中，土骨架會(huì)受到浮力作用。架會(huì)受到浮力作用。 h0h0，濾網(wǎng)受力如何濾網(wǎng)受力如何變化？變化？ 繼續(xù)增大繼續(xù)增大 h h，有何現(xiàn)有何現(xiàn)象發(fā)生？象發(fā)生？ 孔隙水與土骨架如何孔隙水與土骨架如何相互作用？相互作用？h1hh200hwL土樣土樣濾網(wǎng)濾網(wǎng)貯水器貯水器ab試驗(yàn)觀察試驗(yàn)觀察滲

42、 透 力滲 透 力滲透破壞滲透破壞第二章 土的滲透性和滲流問題2.3 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形一一. .滲透力滲透力 h=0h=0 靜水中，土骨架會(huì)靜水中，土骨架會(huì)受到浮力作用。受到浮力作用。 h0h0 水在流動(dòng)時(shí)，水流水在流動(dòng)時(shí)，水流受到來自土骨架的阻力，同受到來自土骨架的阻力，同時(shí)流動(dòng)的孔隙水對(duì)土骨架產(chǎn)時(shí)流動(dòng)的孔隙水對(duì)土骨架產(chǎn)生一個(gè)摩擦、拖曳力。生一個(gè)摩擦、拖曳力。h1hh200hwL土樣土樣濾網(wǎng)濾網(wǎng)貯水器貯水器ab試驗(yàn)觀察試驗(yàn)觀察滲透力滲透力j：滲透過程中孔隙水對(duì)土骨架滲透過程中孔隙水對(duì)土骨架的作用力，其方向與滲流方向一致的作用力，其方向與滲流方向一致第二章 土的滲透性和滲流問題

43、2.3 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形一一. . 滲透力滲透力h1h200hwL土樣土樣濾網(wǎng)濾網(wǎng)貯水器貯水器abh土粒土粒滲滲 流流滲透力滲透力 j：體積力體積力單位體積土體內(nèi)土顆粒所受到的滲透作用力單位體積土體內(nèi)土顆粒所受到的滲透作用力如何求解滲透力的大??？如何求解滲透力的大??？第二章 土的滲透性和滲流問題2.3 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形一一. . 滲透力滲透力受力分析土水整體分析受力分析土水整體分析h1h200hwL土樣土樣濾網(wǎng)濾網(wǎng)貯水器貯水器ab1. 1. 靜水中的土體靜水中的土體P2WP1RA=1W = Lg gsat = L(g g + g gw)P1 = g gwhwP2

44、 = g gwh2R = ?豎直方向受力平衡：豎直方向受力平衡：R + P2 = W + P1R +g gwh2 = L(g g+ g g w) + g gwhw R = g gL 第二章 土的滲透性和滲流問題2.3 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形一一. . 滲透力滲透力受力分析土水整體分析受力分析土水整體分析2. 2. 滲流情況下的土體滲流情況下的土體P2WP1RA=1W = Lg gsat = L(g g + g gw)P1 = g gwhwP2 = g gwh1 = g gw(h2+ h)R = ?豎直方向受力平衡：豎直方向受力平衡：R + P2 = W + P1R +g gwh1 =

45、 L(g g+ g g w) + g gwhw R = g gL - g gw h h1h200hwL土樣土樣濾網(wǎng)濾網(wǎng)貯水器貯水器abh第二章 土的滲透性和滲流問題2.3 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形一一. . 滲透力滲透力受力分析土水整體分析受力分析土水整體分析滲流情況下的土體滲流情況下的土體P2WP1RA=1R = g gL - g gw h h1h200hwL土樣土樣濾網(wǎng)濾網(wǎng)貯水器貯水器abh靜水中的土體靜水中的土體R = g gL 向上滲流存在時(shí)，向上滲流存在時(shí)，濾網(wǎng)對(duì)土骨架的濾網(wǎng)對(duì)土骨架的支持力減少。支持力減少。減減少的部分由誰承少的部分由誰承擔(dān)？擔(dān)？總滲透力：總滲透力：J =

46、g gw h 滲透力：滲透力：j jJ/L = g gw h/L= g gwi第二章 土的滲透性和滲流問題2.3 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形一一. . 滲透力滲透力受力分析土骨架、水分別分析受力分析土骨架、水分別分析P2WP1RWsJWwJ =R+P2P1P1+ Ww+ J + F = P2W = Lg gsatP1 = g gwhwP2 = g gwh1Ws = Lg gsat - g gwLnJ = g gw h = Lg gw( h/L) = g gw i L = jL Ww = g gwLn水體的平衡條件水體的平衡條件R=W - J = (g g-j)L = g g L - g

47、gw h FF F = g gwL(1-n)滲透力滲透力j = g gwi第二章 土的滲透性和滲流問題2.3 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形一一. . 滲透力滲透力受力分析土骨架、水分別分析受力分析土骨架、水分別分析P2WP1RWJWwJ =R+P2P1W = Lg gsatP1 = g gwhwP2 = g gwh1W = Lg gJ = g gw h = jL Ww = Lg gwR=W - J = (g g-j)L = g g L - g gw h 教材教材P57P57滲透力滲透力j = g gwi土骨架受力土骨架受力- -采用浮容重采用浮容重水體受力水體受力- -全體積水重全體積水重

48、第二章 土的滲透性和滲流問題2.3 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形一一. . 滲透力滲透力滲透力的性質(zhì)滲透力的性質(zhì)物理意義：物理意義： 體積力，體積力， 單位體積土體內(nèi)土顆粒所受到的滲透作用力單位體積土體內(nèi)土顆粒所受到的滲透作用力大大 ?。盒。簀 =j = g gw w i i方方 向：向：與滲流方向（或水力坡降的方向）一致與滲流方向（或水力坡降的方向）一致作用對(duì)象：作用對(duì)象：土骨架土骨架第二章 土的滲透性和滲流問題2.3 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形一一. . 滲透力滲透力利用流網(wǎng)求滲透力利用流網(wǎng)求滲透力方向：與流線一致方向：與流線一致總滲透力大?。嚎倽B透力大?。簀 j網(wǎng)格面積網(wǎng)格面積

49、合力作用點(diǎn)：形心合力作用點(diǎn)：形心 ij g g 流網(wǎng)較密處流網(wǎng)較密處i i較大，較大，該處滲透力該處滲透力j j也大也大不同位置滲透力對(duì)土不同位置滲透力對(duì)土體穩(wěn)定性的影響不同體穩(wěn)定性的影響不同Jjlsj A Jjlshsg hhi; jll g g第二章 土的滲透性和滲流問題2.3 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形二二. . 臨界水力坡降臨界水力坡降滲流情況下的土體滲流情況下的土體P2WP1RA=1R = g gL - g gw h= (g g-j)L h1h200hwL土樣土樣濾網(wǎng)濾網(wǎng)貯水器貯水器abhQ: If R 0, What Happens? 靜水中的土體靜水中的土體R = g gL

50、 回回顧顧 WJ第二章 土的滲透性和滲流問題2.3 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形二二. . 臨界水力坡降臨界水力坡降滲流情況下的土體滲流情況下的土體P2WP1RA=1R = g gL - g gw h = (g g-j)L 流土流土R = W - J = 0 (g g-j)L = 0 臨界水力坡降臨界水力坡降 icr = j/g gw = g g /g gwicr = (Gs-1)/(1+e)靜水中的土體靜水中的土體R = g gL 回回顧顧 WJ土水整體平衡土水整體平衡 P2-P1 = g gsat L g gw (L+ h) = g gsat L icr = h/L= g g /g g

51、w第二章 土的滲透性和滲流問題2.3 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形三三. . 滲透變形（滲透破壞）滲透變形（滲透破壞）單一土層滲透破壞單一土層滲透破壞基本類型基本類型 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)的變形或破壞管涌管涌流土流土形成條件形成條件防治措施防治措施 滲透變形類型：滲透變形類型： 流土、管涌、接觸流土、接觸沖刷流土、管涌、接觸流土、接觸沖刷第二章 土的滲透性和滲流問題2.3 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形三三. . 滲透變形（滲透破壞）滲透變形（滲透破壞）1. 基本類型：基本類型：流土流土 在在向上的滲透作用下，表層局部范圍內(nèi)的土

52、體或顆粒群同時(shí)發(fā)的滲透作用下，表層局部范圍內(nèi)的土體或顆粒群同時(shí)發(fā)生懸浮、移動(dòng)的現(xiàn)象生懸浮、移動(dòng)的現(xiàn)象粘性土粘性土k1k2砂性土砂性土k2壩體壩體滲流滲流 流土原因：流土原因：i icr icr = g g/g gw =(Gs-1)/(1+e), 與土的物理性質(zhì)有關(guān)與土的物理性質(zhì)有關(guān)第二章 土的滲透性和滲流問題壩體壩體2.3 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形三三. . 滲透變形（滲透破壞）滲透變形（滲透破壞）1. 基本類型：基本類型：管涌管涌 在滲流作用下，一定級(jí)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(jí)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(dòng)，最終在土中形成與地

53、表貫通的管道。粒所形成的孔隙發(fā)生移動(dòng)，最終在土中形成與地表貫通的管道。壩體壩體原因：原因：內(nèi)因：有足夠多的粗顆粒形成大于細(xì)粒直徑的孔隙內(nèi)因：有足夠多的粗顆粒形成大于細(xì)粒直徑的孔隙 幾何條件外因：滲透力足夠大外因：滲透力足夠大 水力條件管涌管涌管涌破壞管涌破壞第二章 土的滲透性和滲流問題2.3 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形三三. . 滲透變形（滲透破壞）滲透變形（滲透破壞）1. 基本類型：基本類型：管涌管涌管管涌涌實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)室室演演示示第二章 土的滲透性和滲流問題2.3 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形三三. . 滲透變形（滲透破壞）滲透變形（滲透破壞）流土與管涌的比較流土與管涌的比較 流土流

54、土管涌管涌土體局部范圍的顆粒同土體局部范圍的顆粒同時(shí)發(fā)生移動(dòng)時(shí)發(fā)生移動(dòng)只發(fā)生在水流滲出的表層只發(fā)生在水流滲出的表層只要滲透力足夠大，可發(fā)生只要滲透力足夠大，可發(fā)生在任何土中在任何土中破壞過程短破壞過程短導(dǎo)致下游坡面產(chǎn)生局部滑動(dòng)等導(dǎo)致下游坡面產(chǎn)生局部滑動(dòng)等現(xiàn)象現(xiàn)象位置位置土類土類歷時(shí)歷時(shí)后果后果土體內(nèi)細(xì)顆粒通過粗粒形土體內(nèi)細(xì)顆粒通過粗粒形成的孔隙通道移動(dòng)成的孔隙通道移動(dòng)可發(fā)生于土體內(nèi)部和滲流可發(fā)生于土體內(nèi)部和滲流溢出處溢出處一般發(fā)生在特定級(jí)配的無一般發(fā)生在特定級(jí)配的無粘性土或分散性粘土中粘性土或分散性粘土中破壞過程較長(zhǎng)，漸進(jìn)破壞破壞過程較長(zhǎng)，漸進(jìn)破壞導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生塌陷或潰口導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生塌陷或潰口第

55、二章 土的滲透性和滲流問題2.3 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形三三. . 滲透變形（滲透破壞）滲透變形（滲透破壞）2. 形成條件：形成條件：流土流土 scrFiii Fs: 安全系數(shù)安全系數(shù)1.52.0 i : 允許坡降允許坡降 i icr :土體處于穩(wěn)定狀態(tài)土體處于穩(wěn)定狀態(tài)土體發(fā)生流土破壞土體發(fā)生流土破壞土體處于臨界狀態(tài)土體處于臨界狀態(tài)設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)要求：向上滲流向上滲流表層土體表層土體 icr = g g/g gw = (Gs-1)/(1+e)第二章 土的滲透性和滲流問題2.3 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形三三. . 滲透變形（滲透破壞）滲透變形（滲透破壞）2. 形成條件：形成條件：管涌管涌 幾何條件幾何條件水力條件水力條件一般發(fā)生在無粘性土中一般發(fā)生在無粘性土中P(%)lgd骨架骨架充填料充填料p53d5d3幾何條件：幾何條件： 孔隙直徑大于細(xì)顆粒直徑孔隙直徑大于細(xì)顆粒直徑不均勻