第2章 土的滲透性

土的滲透性和滲流問題

第二章1本章特點學習要點主要難點有較嚴格的理論（水流的一般規(guī)律）有經(jīng)驗性規(guī)律（散粒體多孔介質(zhì)特性）注重對物理概念和意義的深入理解注意土是散粒體（多孔介質(zhì)）這一特點水頭及水力坡降滲透力及其分析方法§2土的滲透性和滲流問題

2§2土的滲透性和滲流問題

碎散性多孔介質(zhì)三相體系孔隙流體流動滲流水、氣等在土體孔隙中流動的現(xiàn)象滲透性土具有被水、氣等流體透過的性質(zhì)滲透特性強度特性變形特性非飽和土的滲透性飽和土的滲透性概述能量差土顆粒土中水滲流3概述滲流量滲透變形土石壩防滲斜墻及鋪蓋浸潤線透水層不透水層土石壩壩基壩身滲流§2土的滲透性和滲流問題

4滲水壓力滲流量滲透變形透水層不透水層基坑板樁墻板樁圍護下的基坑滲流概述§2土的滲透性和滲流問題

5滲流量透水層不透水層天然水面水井滲流漏斗狀潛水面Q概述§2土的滲透性和滲流問題

6滲流量原地下水位滲流時地下水位渠道滲流概述§2土的滲透性和滲流問題

7滲流滑坡滲流滑坡概述§2土的滲透性和滲流問題

8滲流量滲透變形滲流滑坡土的滲透性及滲透規(guī)律滲透力與滲透變形土坡穩(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)邊坡概述§2土的滲透性和滲流問題

9§2.1概述§2.2土的滲透性§2.4二維滲流與流網(wǎng)§2.4滲透力和滲透變形§2土的滲透性和滲流問題

10§2.2土的滲透性與滲透規(guī)律一．滲流中的水頭與水力坡降二．滲透試驗與達西定律三．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)§2土的滲透性和滲流問題

11ABL§2.2土的滲透性與滲透規(guī)律透水層不透水層基坑板樁墻§2土的滲透性和滲流問題

一．滲流中的水頭與水力坡降12ABL一．滲流中的水頭與水力坡降h1h2zAzBΔh00基準面水力坡降線總水頭－單位重量水體所具有的能量z：位置水頭u/γw：壓力水頭V2/(2g)：流速水頭≈0A點總水頭：B點總水頭：總水頭：水力坡降：§2.2土的滲透性與滲透規(guī)律§2土的滲透性和滲流問題

水頭差：測管水頭13§2土的滲透性和滲流問題

§2.2土的滲透性與滲透規(guī)律問題1：何種情況發(fā)生滲流？靜水中有滲流發(fā)生么？問題2：水在水里流動有水頭損失么？？14二.滲透試驗與達西定律試驗前提：層流Δh↑，Q↑A↑，Q↑

L↑，Q↓斷面平均流速水力坡降1.滲透試驗試驗結(jié)果試驗裝置：如圖試驗條件:

h1=const，A=constL=const量測變量:

h2，V，TΔh=h1-h2Q=V/T§2.2土的滲透性與滲透規(guī)律§2土的滲透性和滲流問題

152.達西定律滲透定律在層流狀態(tài)的滲流中，滲透速度v與水力坡降i的一次方成正比，并與土的性質(zhì)有關(guān)。二.滲透試驗與達西定律注意：AAvv：假想滲流速度，土體試樣全斷面的平均滲流速度vs：實際平均滲流速度，孔隙斷面的平均滲流速度A>AvQ＝vA

＝vsAvk:

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：水力坡降i＝1時的滲流速度單位：mm/s,cm/s,m/s,m/day§2.2土的滲透性與滲透規(guī)律§2土的滲透性和滲流問題

162.達西定律

適用條件：層流（線性流）§2.2土的滲透性與滲透規(guī)律§2土的滲透性和滲流問題

二.滲透試驗與達西定律巖土工程中的絕大多數(shù)滲流問題，包括砂土或一般粘土，均屬層流范圍在粗粒土孔隙中，水流形態(tài)可能會隨流速增大呈紊流狀態(tài)，滲流不再服從達西定律?？捎美字Z數(shù)Re進行判斷：Re＜5時層流

Re

＞200時紊流

200＞

Re＞5時為過渡區(qū)

172.達西定律（1）粗粒土：①礫石類土中的滲流常不符合達西定律②砂土中滲透速度vcr=0.3～0.5cm/sivovcrivoi0

兩種特例：（2）粘性土：致密的粘土i>i0,v=k(i-i0)§2.2土的滲透性與滲透規(guī)律§2土的滲透性和滲流問題

二.滲透試驗與達西定律18三.滲透系數(shù)的測定及影響因素室內(nèi)試驗測定方法野外試驗測定方法常水頭試驗法變水頭試驗法井孔抽水試驗井孔注水試驗1.測定方法§2.2土的滲透性與滲透規(guī)律§2土的滲透性和滲流問題

19

室內(nèi)試驗方法1—常水頭試驗法三.滲透系數(shù)的測定及影響因素1.測定方法結(jié)果整理試驗裝置：如圖試驗條件:

Δh=const，A=const，

L=const量測變量:

V，ti=Δh/LV=Qt=vAtv=ki適用土類：透水性較大的砂性土§2.2土的滲透性與滲透規(guī)律§2土的滲透性和滲流問題

hL土樣AVQ室內(nèi)試驗方法2—變水頭試驗法透水性較小的粘性土?20三.滲透系數(shù)的測定及影響因素1.測定方法室內(nèi)試驗方法2—變水頭試驗法試驗裝置：如圖試驗條件:

Δh變化，A=const，

L=const量測變量:

Δh

，t§2.2土的滲透性與滲透規(guī)律§2土的滲透性和滲流問題

土樣At=t1h1t=t2h2LQ水頭測管開關(guān)a21三.滲透系數(shù)的測定及影響因素1.測定方法室內(nèi)試驗方法2—變水頭試驗法結(jié)果整理:理論依據(jù):t時刻：

ΔhdtdhdVe=-adhdVo=kiAdt=k(Δh/L)AdtdVe=dVo流入量：流出量：連續(xù)性條件：-adh=k(Δh/L)Adt選擇幾組Δh1,

Δh2,t

，計算相應的k，取平均值§2.2土的滲透性與滲透規(guī)律§2土的滲透性和滲流問題

土樣At=t1h1t=t2h2LQ水頭測管開關(guān)ahdhtt+dt222.影響因素粒徑大小及級配孔隙比礦物成分結(jié)構(gòu)三.滲透系數(shù)的測定及影響因素飽和度（含氣量）水的動力粘滯系數(shù)§2.2土的滲透性與滲透規(guī)律§2土的滲透性和滲流問題

232.影響因素三.滲透系數(shù)的測定及影響因素§2.2土的滲透性與滲透規(guī)律§2土的滲透性和滲流問題

粒徑大小及級配：是土中孔隙直徑大小的主要影響因素；因由粗顆粒形成的大孔隙可被細顆粒充填，故土體孔隙的大小一般由細顆粒所控制。（1）土粒特性的影響孔隙比：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)k一般隨孔隙比e增大而增大。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數(shù)相差極大，其滲透性大小的次序為高嶺石>伊里石>蒙脫石；塑性指數(shù)Ip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)：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k水平﹥k垂直；在微觀結(jié)構(gòu)上，當孔隙比相同時，凝聚結(jié)構(gòu)將比分散結(jié)構(gòu)具有更大的透水性。24飽和度sr(%)滲透系數(shù)k(10-3cm/s)87654328090100飽和度的影響流體粘滯性的影響溫度高粘滯性低滲透系數(shù)大封閉氣泡對k影響很大，可減少有效滲透面積，還可以堵塞孔隙的通道2.影響因素三.滲透系數(shù)的測定及影響因素§2.2土的滲透性與滲透規(guī)律§2土的滲透性和滲流問題

（2）流體特性的影響25四.層狀地基的等效滲透系數(shù)等效滲透系數(shù)確立各層的km考慮滲流方向天然土層多呈層狀§2.2土的滲透性與滲透規(guī)律§2土的滲透性和滲流問題

26H1H2H3HΔhk1k2k3xzq1xq3xq2xL四.層狀地基的等效滲透系數(shù)1122不透水層水平滲流條件:等效滲透系數(shù):qx=vxH=kxiHΣqmx=ΣkmimHm§2.2土的滲透性與滲透規(guī)律§2土的滲透性和滲流問題

27H1H2H3HΔhk1k2k3xz四.層狀地基的等效滲透系數(shù)豎直滲流:v承壓水條件:等效滲透系數(shù):§2.2土的滲透性與滲透規(guī)律§2土的滲透性和滲流問題

28算例

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，由較小值控制四.層狀地基的等效滲透系數(shù)§2.2土的滲透性與滲透規(guī)律§2土的滲透性和滲流問題

29§2土的滲透性和滲流問題

§2.2土的滲透性與滲透規(guī)律例題：2-3滲流方向？？水在水里流動有水頭損失么？？30√2.1土的滲透性與滲透規(guī)律第二章

土的滲透性和滲流問題

§2.3平面滲流與流網(wǎng)（略）→2.4滲透力與滲透變形√2.1概述

31§2.4滲透力與滲透變形一.滲透力1、試驗觀察滲透變形滲透力§2土的滲透性和滲流問題

二.滲透變形（滲透破壞）2、物理本質(zhì)3、計算方法土水整體分析土水隔離分析32一.

滲透力1、試驗觀察Δh=0靜水中，土骨架會受到浮力作用。Δh>0

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。滲透力j

——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。h1Δhh200hwL土樣濾網(wǎng)貯水器ab§2土的滲透性和滲流問題

§2.4

滲透力與滲透變形33一.滲透力h1Δhh200hwL土樣濾網(wǎng)貯水器ab土粒滲流j§2.4

滲透力與滲透變形§2土的滲透性和滲流問題

滲透力與浮力有何區(qū)別？2、物理本質(zhì)34h200hwL土樣濾網(wǎng)貯水器abP2WP1R靜水中的土體A=1W=Lγsat＝L(γ+

γw)P1

=γwhwP2

=γwh2R=?R+P2=W+P1R+γwh2=L(γ+γw)+γwhw

R=γ

L土水整體分析§2.4

滲透力與滲透變形§2土的滲透性和滲流問題

一.滲透力3、計算方法35h1Δhh200hwL土樣濾網(wǎng)貯水器abP2WP1R靜水中的土體A=1W=Lγsat＝L(γ+

γw)P1

=γwhwP2

=γwh1R=?R+P2=W+P1R+γwh1=L(γ+γw)+γwhw

R=γL－γwΔhR=γ

L滲流中的土體§2.4

滲透力與滲透變形§2土的滲透性和滲流問題

一.滲透力土水整體分析3、計算方法36h1Δhh200hwL土樣濾網(wǎng)貯水器abP2WP1R靜水中的土體A=1R=γ

L－γwΔhR=γ

L滲流中的土體向上滲流存在時，濾網(wǎng)支持力減少減少的部分由誰承擔？水與土之間的作用力－滲流的拖曳力總滲透力J=γwΔh滲透力j=J/V=γwΔh/L=γwij=

γwi§2.4

滲透力與滲透變形§2土的滲透性和滲流問題

一.滲透力土水整體分析3、計算方法37h1Δhh200hwL土樣濾網(wǎng)貯水器abP2WP1RA=1R=γ

L－γwΔh滲流中的土體所受濾網(wǎng)支持力向上滲流存在時，濾網(wǎng)支持力減少臨界水力坡降i=Δh/L=γ

/γwicr=

γ/γwγ

L－γwΔh=0§2.4

滲透力與滲透變形§2土的滲透性和滲流問題

一.滲透力土水整體分析3、計算方法38P2WP1Rh1Δhh200hwL土樣濾網(wǎng)貯水器abA=1P1+Ww+J

=P2水體的平衡條件j=γwiγwhw+γwL+j

L=

γwh1W’JWwJ’=R+P2P1P1

=γwhwP2

=γwh1Ww=Vvγw+Vsγw=Lγw土水隔離分析§2.4

滲透力與滲透變形§2土的滲透性和滲流問題

一.滲透力3、計算方法39滲透力的性質(zhì)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j=γwi大?。悍较颍号ci方向一致（均質(zhì)土與滲流方向一致）作用對象：土骨架§2.4

滲透力與滲透變形§2土的滲透性和滲流問題

一.滲透力40基本類型二.滲透變形（滲透破壞）流土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防治措施§2.4

滲透力與滲透變形§2土的滲透性和滲流問題

41粘性土k1<<k2砂性土k2壩體1.基本類型二.滲透變形（滲透破壞）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)象滲流原因：§2.4

滲透力與滲透變形§2土的滲透性和滲流問題

421.基本類型管涌原因：內(nèi)因——有足夠多的粗顆粒形成大于細粒徑的孔隙通道外因——滲透力足夠大

在滲流作用下，一定級配的無粘性土中的細小顆粒，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。管涌管涌破壞§2.4

滲透力與滲透變形§2土的滲透性和滲流問題

二.滲透變形（滲透破壞）431.基本類型流土與管涌的比較流土土體局部范圍的顆粒同時發(fā)生移動管涌只發(fā)生在水流滲出的表層只要滲透力足夠大，可發(fā)生在任何土中破壞過程短導致下游坡面產(chǎn)生局部滑動等現(xiàn)象位置土類歷時后果土體內(nèi)細顆粒通過粗粒形成的孔隙通道移動可發(fā)生于土體內(nèi)部和滲流溢出處一般發(fā)生在特定級配的無粘性土或分散性粘土破壞過程相對較長導致結(jié)構(gòu)發(fā)生塌陷或潰口二.滲透變形§2.4

滲透力與滲透變形§2土的滲透性和滲流問題

442.形成條件Fs:

安全系數(shù)1.5～2.0二.滲透變形[i]:

允許坡降i<icr:i=

icr:i>icr:土體處于穩(wěn)定狀態(tài)土體發(fā)生流土破壞土體處于臨界狀態(tài)流土經(jīng)驗判斷：§2.4

滲透力與滲透變形§2土的滲透性和滲流問題

無壓重時：45較均勻土（Cu≤10）二.滲透變形2.形成條件管涌幾何條件水力條件一般發(fā)生在無粘性土中級配孔隙及細粒判定非管涌土粗粒形成的孔隙通道小于細粒徑不均勻土（Cu>10）不連續(xù)連續(xù)D0=0.25d