西南交大土力學課件

12.1概述2.2達西定律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2.5在靜水和有滲流情況下的孔隙水應力和有效應力2土中水結(jié)合水自由水強結(jié)合水弱結(jié)合自由水重力水毛細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：從基準面到計算點的高度。壓力水頭：測壓管中水位高?？偹^h：從基準面到測壓管上部水位高。水頭損失

=h1-h2u

—靜水壓力72.2達西定律二、達西定律—流速v與水力梯度i成正比v=ki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，可由試驗確定。v—水在土中的滲透速度，cm/s，是在單位時間內(nèi)通過單位土截面(cm2)的水量Q（cm3),即v

=Q/(At)82.3滲透系數(shù)確定滲透系數(shù)K

的方法室內(nèi)滲透試驗變水頭滲透試驗常水頭滲透試驗現(xiàn)場抽水試驗經(jīng)驗值：各種土的滲透系數(shù)參考值92.3滲透系數(shù)一、常水頭滲透試驗常水頭滲透試驗所以式中：q—單位時間的透水量,cm3/s

Q—透水量,cm3

t—透水時間,sv—滲流速度,cm/s

A—透水斷面積,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、變水頭滲透試驗變水頭滲透試驗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)場抽水試驗所以現(xiàn)場抽水試驗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Δh試根據(jù)圖（a）試根據(jù)圖（b）求垂直透水時總垂直透水系數(shù)kz提示：求水平透水時總水平透水系數(shù)kx提示：HH1HiHnKz1KziKznqz1qziqzn(a)HH1HiHnKx1KxiKxnqx1qxiqxn(b)例題132.3滲透系數(shù)HH1HiHnKz1KziKznqz1qziqzn(a)1、求垂直透水時總垂直透水系數(shù)kz解：

因為流過各層的垂直流量相等，則通過單位面積的垂直流量為：對于整個透水層，根據(jù)達西定律所以142.3滲透系數(shù)HH1HiHnKx1KxiKxnqx1qxiqxn(b)解：2、求水平透水時總水平透水系數(shù)kx因為各層的水力坡度相等設單位厚度的水平流量為qx，則由達西定律因為所以152.4流沙、管涌一、滲透力基準面測壓管斷面積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LAB1.A、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j

為方程兩邊同除以a，并以h1=H1

－z1h2=H2

－z2代入上式得：因為17j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k1<<k2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，當時，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——當向上作用的滲透力j等于土的有效重度（浮重度）r’時，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，土中細小顆粒穿過粗顆粒間的孔隙被滲流帶走，在土中形成貫通的滲流管道。二、流砂、管涌管涌22

2002.8.22湘江大堤望城靖港鎮(zhèn)東湖責任段出現(xiàn)散浸，并有個別散浸點轉(zhuǎn)化為管涌，經(jīng)搶險隊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時出現(xiàn)的險情到下午5點得到了完全控制。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力和有效應力一、飽和土體中的孔隙水應力和有效應力把飽和土體中由孔隙水來承擔或傳遞的應力定義為孔隙水應力，常以u表示。把通過粒間的接觸面?zhèn)鬟f的應力稱為有效應力σ’。只有有效應力才能使土體產(chǎn)生壓縮（或固結(jié)）和強度。2-5在靜水和有滲流情況下的孔隙水應力和有效應力太沙基有效應力原理：

總應力把通過粒間的接觸面?zhèn)鬟f的應力稱為有效應力σ’。定義：圖3－22（a）為浸沒在水下的飽和土體，設土面至水面的距離為h1,土的飽和容重為γsat

，則土面下深度為h2的a-a平面上的總應力為二、在靜水條件下水平面上的孔隙水應力和有效應力由此可見，在靜水條件下，孔隙水應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；有效應力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高低無關。其中，孔隙水應力為于是，根據(jù)有效應力原理，a-a平面上的有效應力為三、在穩(wěn)定滲流作用下水平面上的孔隙水應力和有效應力圖3－23(a)表示在水位差作用下發(fā)生由上向下的滲流情況。此時在土層表面b-b上的孔隙水應力與靜水情況相同，仍等于γwh1，面a-a平面上的孔隙水應力將因水頭損失而減小，其值為1、向下滲流的情況：a-a平面上的總應力仍保持不變，等于于是，根據(jù)有效應力原理，a-a平面上的有效應力為與靜水情況相比，當有向下滲流作用時，a-a平面上的總應力保持不變，孔隙水應力減少了γwh。因而，證明了總應力不變的條件下孔隙水應力的減少等于有效應力的等量增加。2、向上滲流的情況：與靜水情況相比，當有向上滲流作用時，a-a平面上的總應力保持不變，孔隙水應力增加了γwh，而有效應力相應地減少了γwh。因而，又一次證明在總應力不變