全國工程地質(zhì)及土力學(xué)復(fù)習(xí)資料(自考02404)(完整版)(B)

1、.全國工程地質(zhì)及土力學(xué)復(fù)習(xí)資料（完整版）（B）第三章土的滲透性和滲流一、土：是一種有碎散礦物顆粒組成，并具有連續(xù)空隙的多孔介質(zhì)。滲流：水通過土中連續(xù)孔隙流動。滲透性：土被水滲流通過的性能滲透力：水在土體中滲流，水流對土顆粒作用形成的作用力二、達西定律：1.水在飽和土中滲流是水流運動的一種形式，應(yīng)遵從水力學(xué)的基本規(guī)律。2. h zuv2rw 試中： z：該點對任一的基準面 O-O 的高度，表示土體中水單位重量2g所具有位能即重力勢能。u ：土中水壓力，又稱孔隙水壓力，表示土中水具有的壓力勢能，u/rw（r w 為水容重 )為孔隙中水壓力的水柱高度，或稱壓力水頭，代表該點的壓力勢能。v：該點的滲透

2、流速，g 為重力加速度，v2/2g 代表該點所具有的動能。h：總水頭高，為該點位能、壓力勢能、動能的總水頭（即能量）。 3.位能和壓力勢能水頭之和（z+u/rw ）稱為測壓管水頭。由于土顆粒的助力往往較大，所以滲透流速很小，可以忽略不計，常用測壓管水頭表示滲流的總水頭，（即 h zu）rwhhahb4.水利力度i ：水沿滲透路徑方向流動產(chǎn)生總水頭的損失率，意義為單位滲透路徑的水頭損失。即 ihL ： 試中： i ：水力梯度， 是無因次的， 其中負號表示沿水流方向水頭降低。L滲透路徑的長度。h：經(jīng)過滲透路徑長度L 對應(yīng)的水頭損失（水頭差） 5. vQki 試中： Q：滲透流量 （ cm3/s 或

3、 m3/d），為單位時間水流通過土試樣截面積AA的流出量 Q=V/t ， V 為時間 t 內(nèi)流出的水量。 A ：土試樣的截面積，包括土顆粒及孔隙在內(nèi)的總截面積。 v：滲透流量速度或稱為截面平均滲透速度，單位為mm/s 或 m/d。 k：滲透系數(shù)，為反映土滲透性能的系數(shù)，相當于單位水力梯度（i=1 ）時的滲透流量速度（平均滲透速度），故其量綱與流速相同（ mm/s 或 m/d） 達西定律中滲透流量速度v 并不是水在土孔隙中流動的實際平均流速6.達西定律的適用范圍主要與滲透水流在土中的流動狀態(tài)有關(guān)（屬于層流狀態(tài)者適用，紊流狀態(tài)則不適用） ，還與土孔隙中液體性質(zhì)，土顆粒的大小、形狀、礦物成分，水的相

4、互作用有關(guān)。7.影響土的滲透因素：滲透水的性質(zhì)，土的顆粒大小級配，空隙比，礦物成分，圍觀結(jié)構(gòu)，宏觀結(jié)構(gòu)。粗粒土的滲透性主要決定于孔隙通道的截面積。粉質(zhì)土的滲透性的主要因素不是土的有效粒徑，而是顆粒礦物質(zhì)土的滲透性的團粒直徑。粘性土的滲透性因素主要 是粘土礦物表面活性作用，原狀結(jié)構(gòu)土的孔隙比大小。粘性土沉積層的滲透性往往各向異性，豎向與水平向的滲透系數(shù)是不同的。8.起始水力梯度i 0：水力梯度很小時，不產(chǎn)生滲透，當達到某梯度時，才出現(xiàn)滲透，這一梯度稱為起始梯度。對于 i i 0 時才產(chǎn)生滲透，這時因為密實粘土的顆粒具有較厚的結(jié)合水膜，.而且顆粒間相互靠近， 阻礙自由通過， 只有達到一定水力梯度，

5、 客服結(jié)合水膜的阻力才產(chǎn)生滲流三、滲透系數(shù)的測定1.滲透系數(shù)的測定可分為現(xiàn)場試驗和室內(nèi)試驗。室內(nèi)試驗有常水頭試驗和變水頭試驗。2.常水頭試驗： QVkiA kA hkVLtLAth(式中： L：試樣長度；A ：截面積； t：時間； h ：測壓管水頭差；V：測定歷時t 流過試樣的水量 )3.變水頭試驗： kaLln h1或k2.3aLlog h1A(t2t1 ) h2A(t2t1 )h2四、流網(wǎng)的性質(zhì) ：流線與等勢線彼此正交如果在流網(wǎng)中各等勢線間的差值相等各流線間的差值也相等，則網(wǎng)格的長寬比為常數(shù)，若令長寬比為1，則流網(wǎng)網(wǎng)格呈曲線正方形相鄰兩等勢線間的水頭損失相等相鄰兩流線間的水流通道稱為流槽，

6、流網(wǎng)上各流槽的流量相等五、滲透力 ：水在土中滲流，受到土骨架的阻力，同時水也土骨架施加推力，單位體積土骨架所受到的推力稱為滲透力由于滲透力的大小與單位體積內(nèi)水流所受到的阻力大小相等，方向相反，所以滲透力為j fswi 單位： kNm3 。其大小與水力梯度成正比，其方向與滲流（或流線）的方向一致六、臨界水力梯度 icrsatwGs11eww有效重度（浮重度）satwGs1w1e（式中： e：空隙比；sat ：飽和容重； Gs：比重）當 ic icr ，處于穩(wěn)定狀態(tài)；當ic = i cr ，處于臨界狀態(tài)；當ic i cr ，處于滲透破壞狀態(tài)七、若滲透水流自下而上作用于砂土，砂土中的有效重度（浮重度

7、）為，則當 j 時，砂土將被滲透力所懸浮，失去其穩(wěn)定性；當j時，砂土將處于懸浮的臨界狀態(tài)八、滲流引起的工程常見問題？滲透變形（滲透破壞） ：當滲透力較大時，就會引起土顆粒的移動，甚至把土顆粒帶出而流失，使土體產(chǎn)生變形和破壞。(土木建筑物及地基由于滲流的作用而出現(xiàn)變形或破壞)，其表現(xiàn)形式有1、流土 2、管涌 3.、接觸流土4、接觸沖刷 。 流土：在滲透向上的作用時，土體表面局部隆起或者土顆粒同時發(fā)生懸浮和移動的現(xiàn)象。（粘性土引起流土，屬于流土型土）；管涌 ：在滲透水流的作用下，土體中的細土粒在粗土粒間的孔隙通道中隨水流移動并被帶出流失的現(xiàn)象。 （管涌型土）。九、防治滲透變形的措施：降低水力梯度，

8、為此， 可以采用降低水頭或增設(shè)加長滲徑等辦法 在滲流溢出處增設(shè)反濾層或加蓋壓重或在建筑下游設(shè)計減壓井、減壓溝等，使?jié)B透水流有暢通的出路。十、有效應(yīng)力：作用于土顆粒骨架上并有效地改變了土的力學(xué)性質(zhì)的作用力稱為有效應(yīng)力.孔隙水壓力 u ：由于水的重量所增加的壓力并不引起試樣土試樣的空隙比產(chǎn)生任何的改變，也不改變試樣土的力學(xué)性質(zhì)，測不出試樣產(chǎn)生體積變化， 這一應(yīng)力稱為中性應(yīng)力，也稱為空隙水壓力（ uw hw ）u （式中：總應(yīng)力；：有效應(yīng)力； u ：孔隙水壓力； ）十一、在靜水條件下空隙水壓力和有效應(yīng)力浸沒在水下的飽和土體，設(shè)浸沒水深為h1 ，土的飽和容重為sat ，則土面下深度為h2的 a-a平面

9、的總應(yīng)力為w h1sath2孔隙水壓力為： uwhww h1h2根 據(jù) 有 效 應(yīng) 力 原 理 ， a-a平面上的有效應(yīng)力為：u (wh1sat h2 )w h1h2( satw )h2由此可見，靜水條件下的孔隙水壓力為所研究平面上單位面積的水柱重 ，它與 水深 成正比，呈三角形分布； 而有效應(yīng)力為所研究平面上單位面積土柱的有效重 ，與土層埋置深度 成正比，也呈三角形分布，與土面上的靜水位無關(guān)十二、在穩(wěn)定滲流下的空隙水壓力和有效應(yīng)力 u w hww (h1h2 h)w h1sath2uh2w h （式中： h：a-a 面上的孔隙水壓力因滲流產(chǎn)生水頭損失而減少了h）與靜水情況相比， 當有向下滲流

10、時， a-a 平面的總應(yīng)力仍保持不變，孔隙水壓力減少了wh ，而有效應(yīng)力相應(yīng)增加wh 。因而證明了在總應(yīng)力不變的條件下，孔隙水壓力減少等于有效應(yīng)力增加。wh1sat huwhww (h1h2h)uh2w h與自上向下滲流情況相比，孔隙壓力增加了wh ，而有效應(yīng)力相應(yīng)的減少了wh 。若不斷增加向上滲流的水位差h，直到a-a 平面的孔隙水壓力與總應(yīng)力相等，即有效應(yīng)力為零，則hwh2wij為土的臨界條件，由此看來，有效應(yīng)力為零也是理論上流土的臨界條件。小結(jié)：名詞解釋1.滲透力：水在土體中滲流，水流對土顆粒作用形成的作用力稱為滲透力2.水力梯度： 流網(wǎng)中任意網(wǎng)格的水力梯度為相鄰兩等勢線的水頭差除以相鄰兩流線的平均長度3.流土：在滲流向上流動時，土體表面局部隆起或者土顆粒群同時發(fā)生懸浮和移動的現(xiàn)象稱為流土4.管涌：管涌是滲透變形的另一種形式，這是指在滲透水流的作用下，土體中的細土粒在粗土粒間的孔隙通道中隨水流移動并被帶出流失的現(xiàn)象簡答題1.滲流引起的工程問題常見的有幾種？.答：（ 1）滲漏（ 2）滲透變形（ 3）基坑降水引起地基沉降2.影響滲透性的因素有哪些？答：（ 1）粗土粒的滲透性主要決定于孔隙通道的截面積（2）粉質(zhì)土類滲透性的主要影響因素不是有效顆粒，而是其顆粒而產(chǎn)生的成分形成的團粒直徑（3）粘性土滲