土力學(xué)第三章：土的滲透性和滲流ppt課件

1、土力學(xué)第第3 3章土的滲透性和滲流章土的滲透性和滲流3.1 土的滲透性與達(dá)西定律3.2 層狀土的等效滲透系數(shù)3.3 二維滲流及應(yīng)用3.4 滲透力與滲透破壞主要內(nèi)容主要內(nèi)容浸透浸透滲透性滲透性土具有被水、氣等液體透過的性質(zhì)土具有被水、氣等液體透過的性質(zhì)非飽和土的滲透性非飽和土的滲透性飽和土的滲透性飽和土的滲透性碎散性碎散性多孔介多孔介質(zhì)質(zhì)三相體系三相體系孔隙流體流動(dòng)孔隙流體流動(dòng)能量差能量差水、氣等在土體孔隙中流動(dòng)的現(xiàn)象水、氣等在土體孔隙中流動(dòng)的現(xiàn)象n 土是一種碎散的多孔介質(zhì)，土是一種碎散的多孔介質(zhì)，其孔隙在空間互相連通。當(dāng)其孔隙在空間互相連通。當(dāng)飽和土中的兩點(diǎn)存在能量差飽和土中的兩點(diǎn)存在能量差時(shí)

2、，水就在土的孔隙中從能時(shí)，水就在土的孔隙中從能量高的點(diǎn)向能量低的點(diǎn)流動(dòng)量高的點(diǎn)向能量低的點(diǎn)流動(dòng)土顆粒土顆粒土中水土中水滲流滲流滲流量滲流量滲透變形滲透變形石壩石壩浸潤線浸潤線透水層透水層土的滲透性及滲透規(guī)律土的滲透性及滲透規(guī)律滲透變形滲透變形滲流滑坡滲流滑坡二維滲流及流網(wǎng)二維滲流及流網(wǎng)滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形土坡穩(wěn)定分析土坡穩(wěn)定分析滲透壓力滲透壓力滲流量滲流量滲透變形滲透變形透水層透水層基坑基坑板樁墻板樁墻透水層透水層不透水層不透水層天然水面天然水面漏斗狀潛水面漏斗狀潛水面Q Q原地下水位原地下水位滲流時(shí)地下水位滲流時(shí)地下水位渠道、河流滲流渠道、河流滲流水井滲流水井滲流3.1 3.1

3、土的滲透性與達(dá)西定律土的滲透性與達(dá)西定律 一土的滲透性一土的滲透性 二達(dá)西定律二達(dá)西定律三滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素三滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素能量方程能量方程滲流速度的規(guī)律滲流速度的規(guī)律滲透特性滲透特性一、土的滲透性一、土的滲透性透水層透水層不透水層不透水層基坑基坑A AB BL L滲流為水體的流動(dòng)，應(yīng)滿滲流為水體的流動(dòng)，應(yīng)滿足液體流動(dòng)的三大基本方足液體流動(dòng)的三大基本方程：連續(xù)性方程、能量方程：連續(xù)性方程、能量方程、動(dòng)量方程程、動(dòng)量方程 1滲流速度 水在飽和土體中滲流時(shí)，在垂直于滲流方向取一個(gè)土體截面，該截面稱為過水截面。 在時(shí)間t內(nèi)滲流通過過水截面其面積為A)的滲流量為Q,則滲流速度為： 水在

4、飽和土體中滲流時(shí)，其平均流速為： （n土體的孔隙率）AtQv nAtQv n 位置水頭：到基準(zhǔn)面的豎直距離，位置水頭：到基準(zhǔn)面的豎直距離，代表單位重量的液體從基準(zhǔn)面算起代表單位重量的液體從基準(zhǔn)面算起所具有的位置勢(shì)能所具有的位置勢(shì)能n 壓力水頭：水壓力所能引起的自由壓力水頭：水壓力所能引起的自由水面的升高，表示單位重量液體所水面的升高，表示單位重量液體所具有的壓力勢(shì)能具有的壓力勢(shì)能n 測(cè)管水頭：測(cè)管水面到基準(zhǔn)面的垂測(cè)管水頭：測(cè)管水面到基準(zhǔn)面的垂直距離，等于位置水頭和壓力水頭直距離，等于位置水頭和壓力水頭之和，表示單位重量液體的總勢(shì)能之和，表示單位重量液體的總勢(shì)能n 在靜止液體中各點(diǎn)的測(cè)管水頭相等

5、在靜止液體中各點(diǎn)的測(cè)管水頭相等zAzA0 00 0A AB Bu0pawAu zBzBwBu 基準(zhǔn)面基準(zhǔn)面靜水靜水2水力坡降 2水力坡降 水在任意一點(diǎn)的總水頭：單位重量水體所具有的能量 滲流的速度很小，忽略不計(jì)，則總水頭： 在單位流程中水頭損失的多少表征水在土中滲流的推動(dòng)力大小，可以用水力坡降來表示：gvuzhww22wwuzhLhiA AB BL LhAhAzAzAwAu 基準(zhǔn)面基準(zhǔn)面ABLh1h2zAwAu wBu zBh00基準(zhǔn)面水力坡降線g2vuzh2w wAA1uzh wBB2uzh 12hhh wuzh Lhi 總水頭單位重量水體所具有的能量z：位置水頭u/w：壓力水頭V2/(2g

6、)：流速水頭0A點(diǎn)總水頭：B點(diǎn)總水頭：總水頭：水力坡降：水頭差：測(cè)管水頭【例3.1】滲流試驗(yàn)裝置如圖3.2，試求：（1土樣中 、 和 3個(gè)截面的壓力水頭和總水頭；（2截面 至 ， 至 及 至 的水頭損失；（3水在土樣中滲流的水力梯度。bbccaaccaabbbbccaan 解解 取截面取截面 為基準(zhǔn)面，則截面為基準(zhǔn)面，則截面 和和 的的位置水頭位置水頭 和和 、壓力水頭、壓力水頭 和和 及總水頭及總水頭 和和 n 分別為：分別為：n 從截面從截面 至至 的水頭損失的水頭損失 為：為：n 截面截面 的總水頭的總水頭 、位置水頭、位置水頭 和壓力水頭和壓力水頭 分別為：分別為：aaccccazcz

7、wahwchahchcmcmcmhcmhzcmcmcmhcmhcmcmcmzcwccawaa550503010201020515aaccachcmcmcmhac25530bbbhbzwbhaaccccazczwahwchahch 從截面 至 的水頭損失 及截面 至 的的水頭損失 分別為： 水在土樣中滲流的水力梯度 可由 ， 或 及相應(yīng)的流程求得：cmcmcmhcmzcmcmcmhhhwbbaccb25. 6525.11525.112520555155ccbchcmcmcmhcmcmcmhbcab25. 6525.1175.1825.1130iachabhbch25. 12025515achia

8、abbabhbbLAh1h2QQ透水石n 達(dá)西定律：在層流狀態(tài)的滲達(dá)西定律：在層流狀態(tài)的滲流中，滲透速度流中，滲透速度v v與水力坡降與水力坡降i i的一次方成正比，并與土的的一次方成正比，并與土的性質(zhì)有關(guān)性質(zhì)有關(guān)n 滲透系數(shù)滲透系數(shù)k: k: 反映土的透水性反映土的透水性能的比例系數(shù)，其物理意義能的比例系數(shù)，其物理意義為水力坡降為水力坡降i i1 1時(shí)的滲流速時(shí)的滲流速度，單位：度，單位： cm/s, m/s, cm/s, m/s, m/daym/dayn 滲透速度滲透速度v v：土體試樣全斷面：土體試樣全斷面的平均滲流速度，也稱假想的平均滲流速度，也稱假想滲流速度滲流速度達(dá)西滲透試驗(yàn)達(dá)西滲

9、透試驗(yàn)1856 1856 年達(dá)西年達(dá)西(Darcy)(Darcy)在研究城在研究城市供水問題時(shí)進(jìn)行的滲流試驗(yàn)市供水問題時(shí)進(jìn)行的滲流試驗(yàn)n二、達(dá)西定律 n1滲透試驗(yàn)和達(dá)西定律在層流狀態(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)。n（k土的滲透系數(shù)，其物理意n義表示單位水力坡降時(shí)的滲流n速度，cm/s或m/d。）nV：假想滲流速度，土體試樣全斷面的平均滲流速度nVs：實(shí)際平均滲流速度，孔隙斷面的平均滲流速度kAiLAhktQqkiAqvnvnAvAvAvvAqsnAAnvsv則孔隙率 ,n 【例3.2】 某土樣采用南 型滲透儀在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行滲透系數(shù)試驗(yàn)，試驗(yàn)高度為 ，面積 ，試

10、樣水頭 ，滲透水量為 共 ，求該土樣的滲透系數(shù)？n 【解】水力梯度n n 滲透速度n n 滲透系數(shù)cm0 . 2230cmcm40h24553160cm202040cmcmLhiscmscmcmAtQv/102 . 660602430160523scmivk/101 . 36n 【例3.3】土壩因壩基滲漏嚴(yán)重，擬在壩頂采用旋噴樁技術(shù)做一道沿壩軸方向的垂直防滲心墻，壩身伸到壩基下伏的不透水層中。已知壩基基地為砂土層，厚度 ，沿壩軸長度為 ，旋噴樁墻體的滲透系數(shù)為 ，墻寬 。問當(dāng)上游水位高度 ，下游水位高度 時(shí)，加固后該土石壩壩基的滲流量為多少？（不考慮土壩壩身的滲流量）n 【解】根據(jù)土層滲透定律

11、 m10m100scm/1017m2m40m10scmcmscmkiAqscmscmkivmmmAi/15101000/1015/101515/10110001010015210403247772n2達(dá)西定律的適用范圍n雷諾數(shù)Re：一種可以用來表征流體流動(dòng)情況的無量綱數(shù)，Re=pvd/u。n對(duì)砂土：n（1水流速度很小時(shí)，達(dá)西n定律適用Re在110之間）；n（2水流速度增加到慣性力n占優(yōu)勢(shì)的層流并向湍流過渡n時(shí)，達(dá)西定律不再適用Ren在10100之間）；n（3水流進(jìn)入湍流狀態(tài)，達(dá)西定律完全不再適用n（Re在100以上）。n n對(duì)黏性土：n )(0iikv在黏性土中由于土顆粒周圍存在結(jié)合水膜而使土

12、體呈現(xiàn)一定的黏滯性。故只有當(dāng)水力梯度達(dá)到一定流值后滲流才能發(fā)生，此時(shí)達(dá)西定律可修改成：（1粗粒土：礫石類土中的滲流常不符合達(dá)西定律砂土中滲透速度 vcr=0.3-0.5cm/sivovcr(1)mvkimn 【例3.4】某滲透試驗(yàn)裝置如圖3.5所示。砂樣 的滲透系數(shù) ，砂樣 的滲透系數(shù)n ，砂樣斷面積 。n（1若在砂樣 和砂樣 分界處安裝一測(cè)壓管，測(cè)壓管中水面將升至右端水面以上多高？n（2滲流量 是多少？scmk/10211scmk/101122200cmA qn 【解】（1從圖3.5可以看出，滲流自左邊水管流經(jīng)砂樣 和砂樣 后的總水頭損失 。如砂樣 、砂樣 各自的水頭損失分別為 、 ，那么：

13、n 根據(jù)滲流連續(xù)原理，流經(jīng)兩砂樣的滲流速度 應(yīng)相等，即 。按照達(dá)西定律， ，那么n 知 ，故 。n 代入 后，可求出：n n 由此可知，在砂 和砂 分界處，測(cè)壓管中水面將升至右端水面以上。cmh301h2hcmhhh3021v21vv kiv 2221112211LhkLhkikik21212,50,30kkcmLcmL12310hhcmhh3021cmhcmh077.23,923. 621 （2根據(jù) = ,可得：cm923. 6ALhkkiAq111scmscmq/231. 9/20030923. 62 . 0331h三、滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素三、滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素 室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)定方法

14、室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)定方法常水頭試驗(yàn)法常水頭試驗(yàn)法變水頭試驗(yàn)法變水頭試驗(yàn)法井孔抽水試驗(yàn)井孔抽水試驗(yàn)井孔注水試驗(yàn)井孔注水試驗(yàn)1. 1. 測(cè)定方法測(cè)定方法野外試驗(yàn)測(cè)定方法野外試驗(yàn)測(cè)定方法室內(nèi)試驗(yàn)方法室內(nèi)試驗(yàn)方法11常水頭試驗(yàn)法常水頭試驗(yàn)法結(jié)果整理結(jié)果整理試驗(yàn)裝置：如圖試驗(yàn)裝置：如圖試驗(yàn)條件試驗(yàn)條件: h: h，A A，L=constL=const量測(cè)變量量測(cè)變量: Q: Q，t t適用土類：透水性較大的砂性土適用土類：透水性較大的砂性土LhkAkiAtQqhLAtQkhL土樣土樣AVQ 室內(nèi)試驗(yàn)方法室內(nèi)試驗(yàn)方法22變水頭試驗(yàn)法變水頭試驗(yàn)法試驗(yàn)裝置：如圖試驗(yàn)裝置：如圖試驗(yàn)條件試驗(yàn)條件: : dh dh變化，變

15、化， a a ，A A，L=constL=const量測(cè)變量量測(cè)變量: dh : dh ，t t對(duì)于透水性較小的粘性土，對(duì)于透水性較小的粘性土，應(yīng)采用變水頭試驗(yàn)法應(yīng)采用變水頭試驗(yàn)法土樣土樣At=t1h1t=t2h2LQ水頭水頭測(cè)管測(cè)管開關(guān)開關(guān)an理論依據(jù)：n流過試樣的水流量為： n根據(jù)達(dá)西定律，有：n 故有：adhdQdtLhkAdQ hdhkAaLdthdhkAaLdthhtt21212112ln)(hhttAaLk2112lg)(3 . 2hhttAaLk土樣土樣At=t1t=t2h1h2LQ水頭水頭測(cè)管測(cè)管開關(guān)開關(guān)hdhtt+dt在在t tt+dtt+dt時(shí)段內(nèi)：時(shí)段內(nèi)： n 【例3.5

16、】 設(shè)變水頭試驗(yàn)時(shí)，黏土試樣的截面積為n ，厚度為 ；滲透儀細(xì)玻璃管的內(nèi)徑為 ，試驗(yàn)開始時(shí)，水位差為 ，經(jīng)時(shí)段 ，觀測(cè)的水位差為 ，試驗(yàn)時(shí)水溫為 ,試求試樣的滲透系數(shù)。n 【解】已知面積 ，滲流長度 ，細(xì)玻璃管的內(nèi)徑截面積 。 n ，由式 可求得：n即試樣的滲透系數(shù)為 。230cmcm4cm4 . 0cm160s25min7cm145C20230cmAcmL4222126. 0)4 . 0(44cmda，cmh1601sssttcmh44525607, 0145212，）（b13. 3scmscmhhttAaLk/1071. 3/145160lg445304126. 03 . 2lg)(3 .

17、 262112scm/1071. 36- 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定方法抽水試驗(yàn)和注水試驗(yàn)法優(yōu)點(diǎn)：可獲得現(xiàn)場(chǎng)較為可靠的平均滲透系數(shù)地下水位測(cè)壓管水面井抽水量Qr1rr2dhdrh1hh2不透水層觀察井A=2rhi=dh/drdrdhkrhAkiQ2khdh2rdrQ )hh(krrlnQ212212 212212hh)r/rln(Qk 缺點(diǎn)：費(fèi)用較高，耗時(shí)較長實(shí)驗(yàn)方法：理論依據(jù)：分積n 【例3.6】某完整井進(jìn)行抽水試驗(yàn)，其中一口抽水井，兩口觀測(cè)井，觀測(cè)井與抽水井距 ， （圖3.8），含水層厚度為 ，當(dāng)抽水量 時(shí)，第一口觀測(cè)井降深 ，第二口觀測(cè)井降深 。試計(jì)算土層的滲透系數(shù)。mr3 . 412rm95. 9m34

18、.12dmq/89.573m43. 0m31. 0n 【解】當(dāng)井底鉆至不透水層時(shí)稱為完整井，完整井的土層滲透系數(shù) 可由下式計(jì)算：k22223212212)43. 034.12()31. 034.12()3 . 4/95. 9ln(14. 3/89.57)/ln(mmdmhhrrqkdmdm/34. 5/8 .1417 .14484. 044.183.2 3.2 層狀土的等效滲透系數(shù)層狀土的等效滲透系數(shù)等效滲透系數(shù)確立各層的確立各層的kiki根據(jù)滲流方向確定等效根據(jù)滲流方向確定等效滲流系數(shù)滲流系數(shù)H1H2H3Hhk1k2k3xzq1xq3xq2xL1 11 12 22 2不透水層不透水層條件條件

19、: :Lhiii ixxqq iHH等效滲透系數(shù)等效滲透系數(shù): :qx=vxH=kxiHqix=kiiiHi iixHkH1kn 【例3.7】如圖3.10所示為一工程地質(zhì)剖面圖，圖中虛線為淺水位線。知 ， ， n ， ，第層土的滲透系數(shù) ，第層圖的滲透系數(shù) ，其下為不透水層。問通過1,2之間的斷面寬度每米平均水平滲流量是多少？mh151mh102Mm5ml50dmk/51dmk/502n 【解】從題目中可以得到計(jì)算區(qū)間的平均水力坡降為：n 通過第層土的流量：n 通過第層土的平均流量：n n 通過兩層土的總流量：1 . 0501015idmiMkq/2551 . 050322dmikq/25.

20、65 .121 . 0521015311dmdm/25.31/25. 62533）（H1H2H3Hhk1k2k3xzv v承壓水承壓水條件條件: :vviniihh1等效滲透系數(shù)等效滲透系數(shù): :v= ki (hi/Hi)iiikvHhzkvHh niiizkvHkvH1niiizkHHk1HhkvZn 【例3.8】不透水巖基上有水平分布的三層土，厚度均為 ，滲透系數(shù)分別為 ， ， ,試求等效土層的等效滲透系數(shù) 和 。n 【解】由式3.24得：n 根據(jù)式3.30得：m1dmk/11dmk/22dmk/103xkzkdmdmhkhkhkHkx/33. 4/)321 (31)(1332211dmd

21、mkHHkniiiz/87. 1/101211131水平滲流情形水平滲流情形垂直滲流情形垂直滲流情形條件條件知知等效等效推定推定LhiiHHqqiii;.;,121kHHiHkqxiixHkHk1iiHHhhvvvqqq;.;.2121.,.;,2121kkHHHhkikvzziizkHHk3.3 3.3 二維滲流及應(yīng)用二維滲流及應(yīng)用 LaplaceLaplace方程方程一、二維滲流微分方程一、二維滲流微分方程 連續(xù)性條件連續(xù)性條件zxkk假定：假定： hh=h(x,z), v=v(x,z)平面問題：滲流剖面和產(chǎn)生滲流的條件平面問題：滲流剖面和產(chǎn)生滲流的條件沿某一個(gè)方向不發(fā)生變化，則在垂直該沿

22、某一個(gè)方向不發(fā)生變化，則在垂直該方向的各個(gè)平面內(nèi)，滲流狀況完全一致。方向的各個(gè)平面內(nèi)，滲流狀況完全一致。取單寬：取單寬： dy=1 dy=1與時(shí)間無關(guān)與時(shí)間無關(guān)達(dá)西定律達(dá)西定律平面滲流的基本方程平面滲流的基本方程 1. 1. 基本方程基本方程n 穩(wěn)定滲流：流場(chǎng)不隨時(shí)間發(fā)生變化的滲流穩(wěn)定滲流：流場(chǎng)不隨時(shí)間發(fā)生變化的滲流0zvxvzx zhkv;xhkvzzxx zxkk 假定假定 dxvdzvdqzxe dx)dzzvv(dz)dxxvv(dqzzxxo oedqdq 0zhxh2222 0zhkxhk22z22x LaplaceLaplace方程描述滲流場(chǎng)內(nèi)水頭的分布方程描述滲流場(chǎng)內(nèi)水頭的分布

23、, ,是平面穩(wěn)定滲流的基本方程是平面穩(wěn)定滲流的基本方程dxdzvxdxxvvxxvzdzzvvzzxz 單位時(shí)間流入單元的水量單位時(shí)間流入單元的水量: : 單位時(shí)間內(nèi)流出單元的水量單位時(shí)間內(nèi)流出單元的水量: : 連續(xù)性條件連續(xù)性條件: :與與kx, kz無關(guān)無關(guān)滿足它的是兩個(gè)共軛調(diào)合函數(shù)滿足它的是兩個(gè)共軛調(diào)合函數(shù) 勢(shì)函數(shù)和流函數(shù)勢(shì)函數(shù)和流函數(shù) 描述滲流場(chǎng)內(nèi)部的測(cè)管水頭的分布，是平面穩(wěn)定滲流的基本方程式描述滲流場(chǎng)內(nèi)部的測(cè)管水頭的分布，是平面穩(wěn)定滲流的基本方程式2. 2. 求解方法求解方法 基本方程基本方程邊界條件邊界條件解析方法解析方法適用于邊界條件簡單的情況適用于邊界條件簡單的情況 通解：兩個(gè)

24、共軛調(diào)和函數(shù)通解：兩個(gè)共軛調(diào)和函數(shù)勢(shì)函數(shù)勢(shì)函數(shù)(x,z)(x,z)流函數(shù)流函數(shù)(x,z)(x,z)等勢(shì)線等勢(shì)線流線流線邊界條件邊界條件特定解特定解F流網(wǎng)法：簡便快捷，具有足夠的精度，可分析流網(wǎng)法：簡便快捷，具有足夠的精度，可分析較復(fù)雜斷面的滲流問題較復(fù)雜斷面的滲流問題二、流網(wǎng)的特征與繪制二、流網(wǎng)的特征與繪制 流網(wǎng)流網(wǎng)滲流場(chǎng)中的兩族相互正交曲線滲流場(chǎng)中的兩族相互正交曲線等勢(shì)線和流線所形成的等勢(shì)線和流線所形成的網(wǎng)絡(luò)狀曲線簇。網(wǎng)絡(luò)狀曲線簇。流線流線水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的軌跡線。水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的軌跡線。等勢(shì)線等勢(shì)線測(cè)管水頭相同的點(diǎn)之連線。測(cè)管水頭相同的點(diǎn)之連線。流網(wǎng)法流網(wǎng)法通過繪制流線與勢(shì)線的網(wǎng)絡(luò)狀曲線簇來求解滲流

25、問題。通過繪制流線與勢(shì)線的網(wǎng)絡(luò)狀曲線簇來求解滲流問題?；疽蠡疽?. 正交性：流線與等勢(shì)線正交性：流線與等勢(shì)線必須正交必須正交2. 各個(gè)網(wǎng)格的長寬比各個(gè)網(wǎng)格的長寬比c應(yīng)為常應(yīng)為常數(shù)。取數(shù)。取c=1，即為曲邊正方形，即為曲邊正方形3. 在邊界上滿足流場(chǎng)邊界條在邊界上滿足流場(chǎng)邊界條件要求，保證解的唯一性。件要求，保證解的唯一性。H Hh h0 0ls sls sA AB BC CD Dls sH Hh h0 00 0ls s繪制方法繪制方法根據(jù)滲流根據(jù)滲流場(chǎng)的邊界場(chǎng)的邊界條件條件確定邊界流線確定邊界流線和首尾等勢(shì)線和首尾等勢(shì)線正交性正交性曲邊正方形曲邊正方形流線流線等勢(shì)線等勢(shì)線反復(fù)修改，調(diào)整

26、反復(fù)修改，調(diào)整精度較高的流網(wǎng)圖精度較高的流網(wǎng)圖初步繪制流網(wǎng)初步繪制流網(wǎng)流網(wǎng)特點(diǎn)流網(wǎng)特點(diǎn)與上下游水位變化無關(guān)與上下游水位變化無關(guān)h=consth=const；與與k k無關(guān)；無關(guān)；等勢(shì)線上各點(diǎn)測(cè)管水頭等勢(shì)線上各點(diǎn)測(cè)管水頭h h相等；相等；相鄰等勢(shì)線間的水頭損失相等；相鄰等勢(shì)線間的水頭損失相等；各流槽的滲流量相等。各流槽的滲流量相等。n流網(wǎng)的工程應(yīng)用n 1測(cè)管水頭：任意兩相鄰等勢(shì)線間的勢(shì)能差相等，即水頭損失相等n n 2孔隙水壓力：等于該點(diǎn)以上測(cè)壓管中的水柱高度 乘以水的容重 n n 3水力坡降：n n 4滲流速度：n n 5滲透流量：) 1(1nNnHNHhwuawahUlhikiv slhkk

27、iAvq0 . 1hkqhkMqMqqqLQ 流槽數(shù)Mn 【例3.9】如圖3.14所示為一板樁打入透水土層后形成的流網(wǎng)。已知透水土層深 ，滲透系數(shù) n ，板樁打入土層表面一下 ，板樁前n 后水深如圖中所示。試求：（1圖中所示 n 各點(diǎn)的孔隙水壓力；（2地基的單寬滲流量。n m0 .18ksmm/1054m0 . 9edcba,n 【解】（1根據(jù)圖3.14的流網(wǎng)可知，每一等勢(shì)線間隔的水頭降落 。列表計(jì)算 n 各點(diǎn)的孔隙水壓力見表3.1 。n（2)地基的單寬滲流量：n 現(xiàn)有 ，代入得：mmh0 . 18/) 19(，aedcb，）（3/8 . 9mkNwhkMqMqqsmsmmkmhM/105/1

28、050 . 1474，smsmq/1020/105142727mmh0 . 18/) 19(，a）（3/8 . 9mkNwn 【例3.10】 小型均質(zhì)土壩的蓄水高度為 ，流n網(wǎng)如圖3.15所示。流網(wǎng)中水力梯度等勢(shì)線均分為 條從下游算起的等勢(shì)線編號(hào)如圖3.15所示）。土壩中的 點(diǎn)處于第 條等勢(shì)線上，其位置在地面以上n處，試問 點(diǎn)的孔隙水壓力為多少？m16G2220m5 .11Gn 【解】等勢(shì)線 條， ，任意兩條等勢(shì)線間的水頭差為： n 點(diǎn)的水頭高為：n 點(diǎn)的孔隙水壓力為：n 2222nmmnhh762. 0122161GmmmhG48.142762. 016GkPammkNhUww8 .29)5

29、 .1148.14(/103n 3.4 滲透力與滲透破壞n滲透力：單位體積土顆粒所受到的滲流作用力。n對(duì)水土整體：n流入面內(nèi)的靜水壓力為n流出面內(nèi)的靜水壓力為n土樣重力在流線上的分量為n土樣底面所受的支承反力為Ahpw11Ahpww2LAWsatR支承反力截面積截面積A=1A=1W WW = L W = L satsatP2 = P2 = whwwhwP1 = P1 = wh1wh1R = ?R = ?h1h1hhh2h20 00 0hwhwL L土樣土樣濾網(wǎng)濾網(wǎng)貯水器貯水器a a b b土粒土粒滲滲 流流n對(duì)于土骨架：n由于土骨架侵入水中，故受浮重力為n總滲流力為 ，方向向上n土樣底面所受的

30、支承反力為n n LAWjLAJ R支承反力h1h1hhh2h20 00 0hwhwL L土樣土樣濾網(wǎng)濾網(wǎng)貯水器貯水器a a b bW WJ JR RP2孔隙水LAWwwAhpw11Ahpww2jLAJJh1h1hhh2h20 00 0hwhwL L土樣土樣濾網(wǎng)濾網(wǎng)貯水器貯水器a a b bR RP2WwWwJ JP1P2n對(duì)于水：n孔隙水重力加浮力的反力之和為總滲流力為 n流入面和流出面的靜水壓力為n土顆粒對(duì)水的阻力作用為 ,大小與滲流作用相同，方向相反， n 以土樣中的水為隔離體，在垂直方向上滿足力的平衡條件：)(11wwwwwwhLhjLjLAJAhLAAhLhhw2由于iLhLhhjw

31、ww)(21hAJw總滲透力= + = + W WW WWwWw土水土水 = = 土骨架土骨架 + + 孔孔隙水隙水J JR RJ JP1P2P1P2R Rijw【例3.11】某場(chǎng)地地下水位如圖3.18所示，已知黏土層飽和重度 ，砂層中承壓水頭 （由砂層頂面算起)， 。問砂層中有效應(yīng)力及黏土中的單位滲透力是多少？3/2 .19mkNsatmhmh8421，mhw15n 【解】 砂層頂面總應(yīng)力、孔隙水壓力為：n 有效應(yīng)力： kPamkNmmkNhukPamkNmmkNmhhwsatw150/1015/106 .193/2 .198/10433332133/75. 3375. 0/10375. 0

32、8)48(156 .43)1506 .193(-mkNmkNijikPakPauwiLhjwwiJwwcri臨界水力坡降eGws11）（又eGiscr11故有：h1h1hhh2h20 00 0hwhwL L土樣土樣濾網(wǎng)濾網(wǎng)貯水器貯水器a a b bR RP2n臨界水力坡降：n左端的貯水器不斷上提，那么 逐漸增加，從而作用在土體中的滲透力也逐漸增大。當(dāng) 增大到某一數(shù)值，向上的滲透力克服了向下的重力時(shí)，土體就要發(fā)生浮起或受到破壞，俗稱流土。這時(shí)滲透力已超過土顆粒有效重度浮重度的結(jié)果。n hh設(shè)滲透力為： JJ 若滲透水流自下而上作用于砂土，砂土 中的有效重度為 ，則當(dāng) 時(shí)，砂土將被滲透力所懸浮，失

33、去其穩(wěn)定性；當(dāng) 時(shí)，砂土將處于懸浮的臨界狀態(tài)，則得：由土的三相比例關(guān)系可知n 【例3.12】 某砂土試樣高度 ，初孔隙比 ，相對(duì)密度 ，進(jìn)行滲透試驗(yàn)圖3.20）.滲透水力梯度達(dá)到流土的臨界水力梯度時(shí)，總水頭差應(yīng)為多少？n 【解】cmH30803. 00e71. 2sdcmcmLihedicrscr452.28309484. 09484. 0803. 01171. 2110基本類型基本類型 二、滲透變形滲透破壞）二、滲透變形滲透破壞） 流土流土管涌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形成條件 防治措施防治措施 1. 1. 流土或

34、流砂流土或流砂 criiJW0和和土土的的密密實(shí)實(shí)程程度度有有關(guān)關(guān)eGiscr 11 原因：原因：n 流土：在向上的滲透作用下，表層局部范圍內(nèi)的土體或顆流土：在向上的滲透作用下，表層局部范圍內(nèi)的土體或顆粒群同時(shí)發(fā)生懸浮、移動(dòng)的現(xiàn)象。任何類型的土，只要水粒群同時(shí)發(fā)生懸浮、移動(dòng)的現(xiàn)象。任何類型的土，只要水力坡降達(dá)到一定的大小，都可發(fā)生流土破壞力坡降達(dá)到一定的大小，都可發(fā)生流土破壞粘性土粘性土k1k2k1k2砂性土砂性土k2k2壩體壩體滲流滲流形成條件形成條件 scrFiiiFs: 安全系數(shù)安全系數(shù)1.52.0 i : i : 允許坡降允許坡降i icr :i icr :土體處于穩(wěn)定狀態(tài)土體處于穩(wěn)定

35、狀態(tài)土體發(fā)生流土破壞土體發(fā)生流土破壞土體處于臨界狀態(tài)土體處于臨界狀態(tài)經(jīng)驗(yàn)判斷：經(jīng)驗(yàn)判斷：10uCcrii若地基為比較均勻的砂層不均勻系數(shù) 。滲透途徑不夠長時(shí)，下游滲流溢出處會(huì)有 這時(shí)地表將普遍出現(xiàn)小泉眼，冒氣泡，繼而土顆粒群向上鼓起，發(fā)生浮動(dòng)、跳躍，稱為砂沸。砂沸也是流土的一種式。流砂現(xiàn)象的產(chǎn)生不僅取決于滲透力的大小，同時(shí)與土的顆粒級(jí)配、密度及透水性等條件有關(guān)。 管涌2.管管涌涌原因：原因：內(nèi)因內(nèi)因有足夠多有足夠多的粗顆粒形成大于的粗顆粒形成大于細(xì)粒直徑的孔隙細(xì)粒直徑的孔隙外因外因滲透力足夠大滲透力足夠大 在滲流作用下，一定級(jí)配的無粘性土中的在滲流作用下，一定級(jí)配的無粘性土中的細(xì)小顆粒，通過較大顆粒所形成的孔隙發(fā)生細(xì)小顆粒，通過較大顆粒所形成的孔隙發(fā)生移動(dòng)，最終在土中形成與地表貫通的管道