土力學課件土的滲透性

1、土的滲透性,第二章,第二章 土的滲透性,碎散性,多孔介質(zhì),三相體系,孔隙流體流動,滲流,水在土體孔隙中流動的現(xiàn)象,滲透性,土體被水透過的性能,滲透特性 強度特性 變形特性,能量差,2.1概述,2.1 概述,滲漏 (滲流量問題)因滲透而引起的水量損失，影響閘壩蓄水等經(jīng)濟效益。如：壩、圍堰、水庫、集水建筑物等。 滲透穩(wěn)定(滲透變形問題):土的穩(wěn)定性受到滲流破壞，土體顆粒流失，關(guān)系工程成敗。如：水工建筑物地基、擋水建筑物等。 滲流控制問題：當滲流量或滲透變形不滿足設(shè)計要求時，要研究如何采取工程措施進行滲流控制,土的滲透性研究主要包括以下三個方面,滲流模型： 1、不考慮滲流路徑的迂回曲折，只分析它的主

2、 要流向； 2、不考慮土體中顆粒的影響，認為孔隙和土粒 所占的空間之和均為滲流所充滿,第二章 土的滲透性,2.1概述,滑坡,潰壩,管涌,防滲墻,防滲墻射水法施工,防滲墻,管涌的治理,反濾倒?jié)B,反濾圍井,蓄水反壓,2.1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,第二章 土的滲透性,2.1概述,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,第二章 土的滲透性,2.1概述,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,第二章 土的滲透性,2.1概述,滲流量,原地下水位,滲流時地下水位,渠道滲流,

3、第二章 土的滲透性,2.1概述,滲流滑坡,滲流滑坡,第二章 土的滲透性,2.1概述,滲流量,滲透變形,滲水壓力,滲流滑坡,土的滲透性及滲透規(guī)律,二維滲流及流網(wǎng),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 邊坡滲流,第二章 土的滲透性,2.2 土的滲透試驗和達西定律,一darcy定律,二darcy定律的適用范圍,三滲透試驗簡介,水在土中滲透的基本規(guī)律,四影響滲透系數(shù)的因素,第二章 土的滲透性,h1,h2,l,2.2 土的滲透試驗和達西定律,一. darcy定律,第二章 土的滲透性,darcy 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,

4、k: 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i1時的滲流速度,單位：mm/s, cm/s, m/s, m/day,水力坡降,2.2 土的滲透試驗和達西定律,注意,a,av,v：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 av,qva vsav,第二章 土的滲透性,2.2 土的滲透試驗和達西定律,二. 達西定律適用條件,上限：粗粒土 vvcr 礫石類土中的滲流不符合達西定律 砂土中滲透速度 vcr=0.3-0.5cm/s,可以用粒徑來描述darcy定律的范圍,i,v,o,vcr,i,v,o,i0,層流（線性流） 大部分砂土

5、，粉土；疏松的粘土及砂性較重的粘性土,兩種特例,下限：粘性土 致密的粘土 ii0, v=k(i - i0,第二章 土的滲透性,室內(nèi)試驗測定方法 野外試驗測定方法,2.2 土的滲透試驗和達西定律,常水頭試驗法,變水頭試驗法,井孔抽水試驗,井孔注水試驗,第二章 土的滲透性,三.滲透試驗簡介,2.2 土的滲透試驗和達西定律,1. 室內(nèi)試驗方法1常水頭試驗法,三.滲透試驗簡介,結(jié)果整理,試驗裝置：如圖,試驗條件: h，a，l=const,量測變量: q，t,適用土類：透水性較大的砂性土,第二章 土的滲透性,2.1 土的滲透試驗和達西定律,2.室內(nèi)試驗方法2變水頭試驗法,試驗裝置：如圖,試驗條件: h變

6、化，a，l=const,量測變量: h ，t,透水性較小的粘性土,常水頭法僅適用于：透水性較大的砂性土,第二章 土的滲透性,三.滲透試驗簡介,2.2 土的滲透試驗和達西定律,結(jié)果整理,理論依據(jù),t時刻： h,t,dh,流入量,流出量,連續(xù)性條件,選擇幾組h1, h2, t ，計算相應(yīng)的k，取平均值,第二章 土的滲透性,三.滲透試驗簡介,2.2 土的滲透試驗和達西定律,常水頭試驗,變水頭試驗,條件,已知,測定,算定,取值,h=const,h變化,h，a，l,q，t,重復(fù)試驗后，取均值,a，a，l,h，t,3. 室內(nèi)試驗方法,不同時段試驗，取均值,適用,粗粒土,粘性土,第二章 土的滲透性,三.滲透

7、試驗簡介,4. 野外測定方法抽水試驗和注水試驗法,優(yōu)點：可獲得現(xiàn)場較為可靠的平均滲透系數(shù),2.2 土的滲透試驗和達西定律,地下水位測壓管水面,井,抽水量q,r1,r,r2,dh,dr,h1,h,h2,不透水層,觀察井,a=2rh,i=dh/dr,缺點：費用較高，耗時較長,實驗方法,理論依據(jù),第二章 土的滲透性,三.滲透試驗簡介,三.滲透試驗簡介,2.2 土的滲透試驗和達西定律,第二章 土的滲透性,5.滲透系數(shù)的應(yīng)用,通過室內(nèi)滲透試驗（常水頭、變水頭）測定。滲 透系數(shù)可用做判斷透水強弱，選擇壩體填筑土料,強透水層 中等透水層 相對不透水層,k10-2cm/s,k=10-310-5cm/s,k10

8、-6cm/s,卵石、圓礫等 用于填筑壩體的防滲部位,影響因素,粒徑大小及級配 孔隙比 礦物成分 結(jié)構(gòu),2.2 土的滲透試驗和達西定律,四. 滲透系數(shù)的影響因素,水的動力粘滯系數(shù) 飽和度（含氣量） 對k影響很大，封閉氣泡,第二章 土的滲透性,等效滲透系數(shù),確立各層的ki 根據(jù)滲流方向確定等效滲流系數(shù),2.2土的滲透試驗和達西定律,天然土層多呈層狀,第二章 土的滲透性,五.層狀地基的等效滲透系數(shù),h1,h2,h3,h,h,k1,k2,k3,x,z,q1x,q3x,q2x,l,五.層狀地基的等效滲透系數(shù),2.2土的滲透試驗和達西定律,1,1,2,2,不透水層,水平滲流,條件,等效滲透系數(shù),qx=vx

9、h=kxih,qix=kiiihi,第二章 土的滲透性,h1,h2,h3,h,h,k1,k2,k3,x,z,五.層狀地基的等效滲透系數(shù),2.2土的滲透試驗和達西定律,豎直滲流,v,承壓水,條件,等效滲透系數(shù),vi = ki (hi/hi,第二章 土的滲透性,水平滲流情形,垂直滲流情形,條件,已知,等效,推定,2.2土的滲透試驗和達西定律,五.層狀地基的等效滲透系數(shù),第二章 土的滲透性,算例說明,2.2土的滲透試驗和達西定律,按層厚加權(quán)平均，由較大值控制,倒數(shù)層厚加權(quán)平均，由較小值控制,五.層狀地基的等效滲透系數(shù),第二章 土的滲透性,2.3 滲透力和滲透破壞,第二章 土的滲透性,一、滲流作用下土

10、的應(yīng)力狀態(tài),一）靜水條件下土的有效應(yīng)力與中性應(yīng)力,1、總應(yīng)力,作用在截面上水柱和土的重量為,a點的應(yīng)力,2、中性應(yīng)力,a點孔隙內(nèi)的水所具有的靜水壓力為,2.3 滲透力和滲透破壞,3.有效應(yīng)力,第二章 土的滲透性,2.3 滲透力和滲透破壞,a點除了作用有孔隙水壓力外，還有土顆粒之間傳遞的有效應(yīng)力，它直接由土顆粒的接觸點傳遞壓力，完全作用在土體骨架上而影響骨架土粒的結(jié)構(gòu)變形，故稱為有效應(yīng)力,二）滲流作用下土的有效應(yīng)力,第二章 土的滲透性,2.3 滲透力和滲透破壞,水通過土層向下滲流,水通過土層向上滲流,1、水通過土層向下滲流,水面,保持不變,動水壓力,總應(yīng)力,有效應(yīng)力,滲流作用鉛直向下時，能使土的

11、有效應(yīng)力增加,2、水通過土層向上滲流,滲流作用鉛直向上時，則滲流引起的孔隙水壓力可使土的有效應(yīng)力減小，影響土的滲透穩(wěn)定,二.滲透力和滲透變形,試驗觀察,h=0 靜水中，土骨架會受到浮力作用。 h0 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,滲透變形,滲透力,h1,h,h2,2,2,hw,l,濾網(wǎng),貯水器,a,b,第二章 土的滲透性,2.3 滲透力和滲透破壞,1,1,1. 滲透力,1. 滲透力,a=1,2.3 滲透力和滲透破壞,第二章 土的滲透性,則土粒對水流的阻力為,根據(jù)力的平衡，滲

12、流作用于試樣的總滲透力j 應(yīng)和土粒對水流的阻力f大小相等方向相反,滲透力,1. 滲透力,2.3 滲透力和滲透破壞,第二章 土的滲透性,滲透力的性質(zhì),物理意義：滲流作用于單位土體的力（kn/m），是滲流對土粒的作用力，為體積力,j = wi,大小,方向：與滲流方向一致,作用對象：土骨架,基本類型,2.滲透變形及其基本形式（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,2.3 滲透力和滲透破壞,第二章 土的滲透性,2.3 滲透力和滲透破壞,第二章 土的滲透性,2.滲透變形及其基本形式（滲透破壞,1）滲透變形,土粒間不存在接觸應(yīng)力，處于即將被浮動的臨界狀態(tài)

13、。當,時，土粒被滲流夾帶向上浮動,總滲透力,浮 重,當,時,有效應(yīng)力,滲透變形的危害,a、土粒被滲流帶走，地基中形成過通穴道，上部結(jié)構(gòu)倒塌,b、滑坡,2）基本形式,2.滲透變形及其基本形式（滲透破壞,a 流土,滲流,原因,2.3 滲透力和滲透破壞,第二章 土的滲透性,在滲流作用下，粘性土或無粘性土體中某一范圍內(nèi)的顆粒或顆粒群同時發(fā)生流動的現(xiàn)象。下游的土坡局部面積出現(xiàn)被滲流帶走并導(dǎo)致坡面出現(xiàn)局部滑動,當iicr時,發(fā)生滲透破壞,流砂產(chǎn)生的原因：1.水在土中自下而上滲流 2.jw,2） 基本形式,管涌,原因,內(nèi)因 有足夠多的粗顆粒形成大于細粒直徑的孔隙,外因滲透力足夠大,在滲流作用下，無粘性土土體

14、中的細小顆粒，通過粗大顆粒的孔隙，發(fā)生移動或被水流帶出的現(xiàn)象,管涌,管涌破壞,2.3 滲透力和滲透破壞,第二章 土的滲透性,2.滲透變形及其基本形式（滲透破壞,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(dǎo)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(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生塌陷或潰口,2.3 滲透力和滲透破壞,第二章 土的滲透性,2） 基本形式,2.滲透變形及其基本形式（滲透破壞,3）形成條件,fs: 安全系數(shù)1.52.0,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,2.3 滲透力和滲透破壞,第二章 土的滲透性,2.滲透變形及其基本形式（滲透破壞,3）形成條件,2.3 滲透力和滲透破壞,第二章 土的滲透性,a、粘性土及,的勻粒砂土，在一定水力坡降下，易發(fā)生流土,b、級配不連續(xù),細粒,管涌,細粒,流土,c、正常級配,管涌,流土,2.滲透變形及其基本形式（滲透破