02 土的滲透性及水的滲流

1、12.1 概述2.2 達(dá)西定律2.3 滲透系數(shù)2.4 流沙、管涌第二章 土的滲透性及水的滲流在靜水和有滲流情況下的 孔隙水應(yīng)力和有效應(yīng)力2土中水結(jié)合水自由水強(qiáng)結(jié)合水弱結(jié)合自由水重力水毛細(xì)水自由水地下水位以下，土顆粒電分子引力范圍以外，僅在本身重力作用下運(yùn)動的水2.1 概述3 地下水按埋藏條件分為：潛水：埋藏在地表以下第一個(gè)穩(wěn)定隔水層以上 的具有自由水面的地下水。上層滯水： 埋藏在地表淺處，局部隔水透鏡體 上部，且具有自由水面的地下水。承壓水：是指充滿于兩個(gè)穩(wěn)定隔水層之間的含 水層中的地下水。2.1 概述4不飽和土上層滯水潛水承壓水毛細(xì)水地下水位以上)地下水位(潛水飽和土2.1 概述5滲透由于土

2、體本身具有連續(xù)的孔隙，如果存在水位差的作用，水就會透過土體孔隙而發(fā)生孔隙內(nèi)的流動。滲透性土具有被水透過的性能稱為土的滲透性。2.1 概述62.2 達(dá)西定律一、伯努里定理能量守恒原理位置水頭壓力水頭總水頭位置水頭z：從基準(zhǔn)面到計(jì) 算點(diǎn)的高度。壓力水頭：測壓管中水位高。總水頭h：從基準(zhǔn)面到測壓管 上部水位高。水頭損失 = h1-h2u 靜水壓力72.2 達(dá)西定律二、達(dá)西定律流速v與水力梯度 i 成正比v = k i式中：i水頭梯度：單位流程的水頭損失。k滲透系數(shù)，cm/s，表示水通過的難易程度，可由試驗(yàn)確定。v水在土中的滲透速度，cm/s，是在單位時(shí)間內(nèi)通過單位土截面(cm2)的水量Qcm3),即

3、 v =Q/(At)82.3 滲透系數(shù)確定滲透系數(shù)K 的方法室內(nèi)滲透試驗(yàn)變水頭滲透試驗(yàn)常水頭滲透試驗(yàn)現(xiàn)場抽水試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)值：各種土的滲透系數(shù)參考值92.3 滲透系數(shù)一、常水頭滲透試驗(yàn)常水頭滲透試驗(yàn)所以式中：q單位時(shí)間的透水量, cm3/s Q透水量, cm3 t 透水時(shí)間,s v 滲流速度, cm/s A透水?dāng)嗝娣e, cm2h 水位差，cml 滲流路線長, cmk滲透系數(shù), cm/si水力坡度102.3 滲透系數(shù)二、變水頭滲透試驗(yàn)變水頭滲透試驗(yàn)所以土試料的透水量=測壓管中水下降的體積11地下水位測壓管水面井抽水量Qr1Rr2dhdrh1hh2不透水層觀察井2.3 滲透系數(shù)三、現(xiàn)場抽水試驗(yàn)所以現(xiàn)場抽

4、水試驗(yàn)122.3 滲透系數(shù) 某水平堆積而成的成層土的層厚自上而下分別為H1、H2、Hn，垂直透水系數(shù)分別是kz1、kz2、 kzn，水平透水系數(shù)分別是kx1、kx2、kxn，如果上下面的總水頭差是h試根據(jù)圖a試根據(jù)圖b求垂直透水時(shí)總垂直透水系數(shù)kz提示：求水平透水時(shí)總水平透水系數(shù)kx提示：HH1HiHnKz1KziKznqz1qziqzn(a)HH1HiHnKx1KxiKxnqx1qxiqxn(b)例 題132.3 滲透系數(shù)HH1HiHnKz1KziKznqz1qziqzn(a)1、求垂直透水時(shí)總垂直透水系數(shù)kz解： 因?yàn)榱鬟^各層的垂直流量相等， 那么通過單位面積的垂直流量為：對于整個(gè)透水層，

5、根據(jù)達(dá)西定律所以142.3 滲透系數(shù)HH1HiHnKx1KxiKxnqx1qxiqxn(b)解：2、求水平透水時(shí)總水平透水系數(shù)kx因?yàn)楦鲗拥乃ζ露认嗟仍O(shè)單位厚度的水平流量為qx，那么由達(dá)西定律因?yàn)樗?52.4 流沙、管涌一、滲透力基準(zhǔn)面測壓管斷面積a位置水頭z1位置水頭z2壓力水頭h2壓力水頭h1滲透力 j：滲流水對土骨架的作用力LAB、B兩端的靜水力：總水頭H1總水頭H2分析水柱受力2.水柱自重：3.土骨架對滲流水的總阻力：TLaTLa沿水柱方向列平衡方程16基準(zhǔn)面測壓管斷面積a位置水頭z1位置水頭z2壓力水頭h2壓力水頭h1LAB總水頭H1TLa2.4 流沙、管涌一、滲透力所以滲透力

6、j 為方程兩邊同除以a，并以h1=H1 z1h2=H2 z2代入上式得：因?yàn)?7j 的性質(zhì)： 1 為體積力； 2 大小與i成正比； 3 作用方向與滲流方向一致。2.4 流沙、管涌一、滲透力18粘性土k1k2砂性土k2壩體流砂在向上的滲透作用下，表層局部土體顆粒同時(shí)發(fā)生懸浮移動的現(xiàn)象滲流2.4 流沙、管涌二、流砂、管涌192.4 流沙、管涌二、流砂、管涌1、流砂：基坑開挖工程采用坑內(nèi)抽水時(shí)，當(dāng)時(shí)，砂土隨水流動的現(xiàn)象。2、流砂的危害：3、流砂產(chǎn)生的條件4、流砂的防治工程；相臨建筑1土質(zhì)：細(xì)砂、粉砂、粉土2水流方向3滲透力大于等于有效重度1減小滲透力j，即減小水力坡度i，2加大有效重度換土、反壓。減

7、小水位差降低地下水位；增長滲流路線長3改變水流方向，增加滲流途徑。202.4 流沙、管涌臨界水力坡度icr當(dāng)向上作用的滲透力j等于土的有效重度浮重度r 時(shí)，土粒間失去壓力，呈懸浮狀態(tài)二、流砂、管涌212.4 流沙、管涌在滲流水的作用下，土中細(xì)小顆粒穿過粗顆粒間的孔隙被滲流帶走，在土中形成貫穿的滲流管道。二、流砂、管涌管涌22 湘江大堤望城靖港鎮(zhèn)東湖責(zé)任段出現(xiàn)散浸，并有個(gè)別散浸點(diǎn)轉(zhuǎn)化為管涌，經(jīng)搶險(xiǎn)隊(duì)伍用砂卵石將散浸口和管涌口壓住，其他管涌和也被砂卵石填壓。大堤從凌晨1時(shí)出現(xiàn)的險(xiǎn)情到下午5點(diǎn)得到了完全控制。2.4 流沙、管涌最大的管涌處最大的管涌處2-5 在靜水和有滲流情況下的 孔隙水應(yīng)力和有效應(yīng)

8、力一、飽和土體中的孔隙水應(yīng)力和有效應(yīng)力把飽和土體中由孔隙水來承擔(dān)或傳遞的應(yīng)力定義為孔隙水應(yīng)力，常以u表示。把通過粒間的接觸面?zhèn)鬟f的應(yīng)力稱為有效應(yīng)力。只有有效應(yīng)力才能使土體產(chǎn)生壓縮或固結(jié)和強(qiáng)度。2-5 在靜水和有滲流情況下的 孔隙水應(yīng)力和有效應(yīng)力太沙基有效應(yīng)力原理： 總應(yīng)力把通過粒間的接觸面?zhèn)鬟f的應(yīng)力稱為有效應(yīng)力 。定義：圖322a為浸沒在水下的飽和土體，設(shè)土面至水面的距離為h1,土的飽和容重為sat ，那么土面下深度為h2的a-a平面上的總應(yīng)力為二、在靜水條件下水平面上的孔隙水應(yīng)力和有效應(yīng)力由此可見，在靜水條件下，孔隙水應(yīng)力等于研究平面上單位面積的水柱重量，與水深成正比，呈三角形分布；有效應(yīng)力

9、等于研究平面上單位面積的土柱有效重量，與土層深度成正比，也呈三角形分布，而與超出土面以上靜水位的上下無關(guān)。其中，孔隙水應(yīng)力為于是，根據(jù)有效應(yīng)力原理，a-a平面上的有效應(yīng)力為三、在穩(wěn)定滲流作用下水平面上的孔隙水應(yīng)力和有效應(yīng)力圖323(a)表示在水位差作用下發(fā)生由上向下的滲流情況。此時(shí)在土層外表b-b上的孔隙水應(yīng)力與靜水情況相同，仍等于wh1，面a-a平面上的孔隙水應(yīng)力將因水頭損失而減小，其值為1、向下滲流的情況：a-a平面上的總應(yīng)力仍保持不變，等于于是，根據(jù)有效應(yīng)力原理，a-a平面上的有效應(yīng)力為與靜水情況相比，當(dāng)有向下滲流作用時(shí)，a-a平面上的總應(yīng)力保持不變，孔隙水應(yīng)力減少了wh。因而，證明了總

10、應(yīng)力不變的條件下孔隙水應(yīng)力的減少等于有效應(yīng)力的等量增加。2、向上滲流的情況：與靜水情況相比，當(dāng)有向上滲流作用時(shí)，a-a平面上的總應(yīng)力保持不變，孔隙水應(yīng)力增加了wh，而有效應(yīng)力相應(yīng)地減少了wh 。因而，又一次證明在總應(yīng)力不變的條件下孔隙水應(yīng)力的增加等于有效應(yīng)力的等量減少。a-a平面上的總應(yīng)力a-a平面上的有效應(yīng)力為a-a平面上的孔隙水應(yīng)力2、向上滲流的情況：假設(shè)a-a平面上的有效應(yīng)力為流土發(fā)生：如下圖，粗砂層中承壓水通過粉土2、粉土1向上滲透，通過抽水使水位保持在坑底以下。粉土層1在水位以上的重度為3，飽和重度為3，滲透系數(shù)為1.2510-4cm/s; 粉土層2的飽和重度為3，滲透系數(shù)為1.010-4cm/s. (1)計(jì)算A點(diǎn)處的水位高度hwA； (2)判斷粉土1是否會發(fā)生滲透破壞。31例 題32解：1B截面上v1=v233 (1) (2)(1)