土力學土質學第三章

第三章土中水的運動規(guī)律第一節(jié)土的毛細性土的毛細現(xiàn)象對工程的影響毛細水的上升是引起路基病害的因素之一；對于房屋建筑，毛細水的上升會引起地下室過分潮濕；毛細水的上升可能引起土的沼澤化和鹽澤化。一、土層中的毛細水帶正常毛細水帶（毛細飽和帶）毛細網(wǎng)狀水帶毛細懸掛水帶二、毛細水上升高度及上升速度作用在毛細水柱上的上舉力P為：PGdSSqhmax毛細水管中水柱的上升毛細管內(nèi)上升水的重力G為：毛細水柱所受豎向力平衡，即：若令q=00，則毛細水上升最大高度為：毛細水上升速度細粒土上升高度較大，上升速度較慢；粗粒土上升高度較小，上升速度較快。三、毛細壓力第二節(jié)土的滲透性一、滲流模型二、土的層流滲透定律式中：I——水頭梯度（水力梯度）滲流平均流速：于是：真實滲流流速：達西定律的適用范圍1、粗粒土Reynold試驗：當1≤Re≤10時（層流），達西定律適用。適用于：中砂、細砂、粉砂；不適用：粗砂、礫石、卵石等。2、粘土（非線性滲透）0abcvII0三、土的滲透系數(shù)1、室內(nèi)試驗測定法常水頭滲透試驗則土樣的滲透系數(shù)為：變水頭滲透試驗dt時間內(nèi)通過土樣的流量為：根據(jù)達西定律：故得：積分可得：則可求得土樣的滲透系數(shù)：2、現(xiàn)場抽水試驗假定任一半徑處的水頭梯度為常數(shù)積分整理可得現(xiàn)場土體的滲透系數(shù)為：當抽水穩(wěn)定時，有：兩邊積分：3、成層土的滲透系數(shù)水平滲流土層水平向的平均滲透系數(shù)kh為：豎直滲流土層豎向的平均滲透系數(shù)kv為：四、影響土的滲透性的因素土的粒度成分及礦物成分；結合水膜的厚度；土的結構構造；水的粘滯度；土中氣體。五、動水力（滲透力）及滲流破壞1、動水力的計算公式水流方向土柱體ab：土柱體長度：l土柱體橫截面積：Fa點水頭：H1=h1+z1b點水頭：H2=h2+z2則沿水流方向作用在土柱體ab內(nèi)的水的力為：作用在截面a處的水壓力，與水流方向一致；作用在截面b處的水壓力，與水流方向相反；土柱體內(nèi)水的重力在ab方向的分力，與水流方向一致；土柱體內(nèi)土顆粒作用于水的力在ab方向的分力，與水流方向一致；水滲流時，土柱中的顆粒對水的阻力，與水流方向相反；根據(jù)水流方向作用在土柱體ab內(nèi)水上力的平衡條件：即：其中：所以可得：動水力計算公式為：2、流砂現(xiàn)象、管涌和臨界水力梯度流砂現(xiàn)象：土顆粒間的壓力等于零，土顆粒處于懸浮狀態(tài)而失去穩(wěn)定。臨界水力梯度：容許水力梯度[I]：第三節(jié)流網(wǎng)及其應用一、平面滲流基本微分方程假定土體和水都不可壓縮，則單元進出流量應相等，由此可得：流入單元流量：流出單元流量：即：平面滲流連續(xù)條件微分方程由達西定律：將上式代入連續(xù)條件微分方程，可得：平面穩(wěn)定滲流問題基本微分方程對各向同性土，kx=kz，則：二、平面穩(wěn)定滲流問題的流網(wǎng)解法1、流網(wǎng)及其性質流網(wǎng)：等勢線和流線交織成的網(wǎng)格；流網(wǎng)性質：流網(wǎng)是相互正交的網(wǎng)格；流網(wǎng)為曲邊正方形；任意兩相鄰等勢線間的水頭損失相等；任意兩相鄰流線間的單位滲流量相等。2、流網(wǎng)的繪制3、流網(wǎng)的工程應用（1）滲流速度計算任意兩等勢線間水頭差：則所求網(wǎng)格內(nèi)的滲流速度：（2）滲流量計算單位寬度內(nèi)總的滲流量：其中：m為流線數(shù)量；為任意兩相鄰流線間的單位滲流量。所以，單位寬度內(nèi)的總流量為：第四節(jié)土在凍結過程中水分的遷移和積聚一、凍土現(xiàn)象及其對工程的危害凍土季節(jié)性凍土：冬季凍結，夏季全部融化；隔年凍土：冬季凍結，一兩年內(nèi)不融化；多年凍土：凍結狀態(tài)持續(xù)三年或三年以上。凍土現(xiàn)象：凍脹融陷二、凍脹機理與影響因素1、凍脹的原因“結合水遷移學說”結合水凍結，結合水膜減薄，剩余分子引力；結合水膜中離子濃度增加，產(chǎn)生滲附壓力；存在水源及適當?shù)乃囱a給通道。2、影響凍脹的因素1）土的因素粉土、粉質粘土：毛細現(xiàn)象顯著，水源補給通道通暢；親水性強。粘土：結合水膜較厚，毛細孔隙