土力學第二章土中水的運動規(guī)律

1、土中水的運動規(guī)律土中水的運動規(guī)律第二章第二章土體中的滲流土體中的滲流土顆粒土顆粒土中水土中水滲流滲流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。當其孔隙在空間互相連通。當飽和土中的兩點存在能量差飽和土中的兩點存在能量差時，水就在土的孔隙中從能時，水就在土的孔隙中從能量高的點向能量低的點流動量高的點向能量低的點流動F 水在土體孔隙中流動的現(xiàn)象稱為水在土體孔隙中流動的現(xiàn)象稱為滲流滲流F 土具有被水等流體透過的性質(zhì)稱為土的土具有被水等流體透過的性質(zhì)稱為土的滲透性滲透性2.1概述概述第二章第二章 土中水的運動規(guī)律土中水的運動規(guī)律碎散性碎散性多孔介質(zhì)多孔介質(zhì)三相體系三相體系

2、孔隙流體流動孔隙流體流動滲流滲流水在土體孔隙中流動的現(xiàn)象水在土體孔隙中流動的現(xiàn)象滲透性滲透性土體被水透過的性能土體被水透過的性能滲透特性滲透特性強度特性強度特性變形特性變形特性能量差能量差2.1概述概述第二章第二章 土中水的運動規(guī)律土中水的運動規(guī)律滲漏滲漏 (滲流量問題滲流量問題)因滲透而引起的水量損失，影響閘壩蓄水等經(jīng)濟效益。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。如：壩、圍堰、水庫、集水建筑物等。 滲透穩(wěn)定滲透穩(wěn)定(滲透變形問題滲透變形問題):土的穩(wěn)定性受到滲流破壞，土體顆粒流失，關系工程成土的穩(wěn)定性受到滲流破壞，土體顆粒流失，關系工程成敗。如：水

3、工建筑物地基、擋水建筑物等。敗。如：水工建筑物地基、擋水建筑物等。滲流控制問題：滲流控制問題：當滲流量或滲透變形不滿足設計要求時，要研究如何采當滲流量或滲透變形不滿足設計要求時，要研究如何采取工程措施進行滲流控制。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土的滲透性研究主要包括以下三個方面滲流模型：滲流模型： 1、不考慮滲流路徑的迂回曲折，只分析它的主、不考慮滲流路徑的迂回曲折，只分析它的主 要流向；要流向； 2、不考慮土體中顆粒的影響，認為孔隙和土粒、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。所占的空間之和均為滲流所充滿。2.1概述概述第二章第二

4、章 土中水的運動規(guī)律土中水的運動規(guī)律滑坡潰壩管涌2.1概述概述滲流量滲流量滲透變形滲透變形土石壩土石壩防滲斜墻及鋪蓋防滲斜墻及鋪蓋浸潤線浸潤線透水層透水層不透水層不透水層土石壩壩基壩身滲流土石壩壩基壩身滲流第二章第二章 土中水的運動規(guī)律土中水的運動規(guī)律2.1概述概述滲水壓力滲水壓力滲流量滲流量滲透變形滲透變形透水層透水層不透水層不透水層基坑基坑板樁墻板樁墻板樁圍護下的基坑滲流板樁圍護下的基坑滲流第二章第二章 土中水的運動規(guī)律土中水的運動規(guī)律2.1概述概述滲流量滲流量透水層透水層不透水層不透水層天然水面天然水面水井滲流水井滲流漏斗狀潛水面漏斗狀潛水面Q第二章第二章 土中水的運動規(guī)律土中水的運動規(guī)

5、律2.1概述概述滲流量滲流量原地下水位原地下水位滲流時地下水位滲流時地下水位渠道滲流渠道滲流第二章第二章 土中水的運動規(guī)律土中水的運動規(guī)律2.1概述概述滲流滑坡滲流滑坡滲流滑坡滲流滑坡第二章第二章 土中水的運動規(guī)律土中水的運動規(guī)律2.1概述概述滲流滲流量量滲透變滲透變形形滲水壓滲水壓力力滲流滑滲流滑坡坡土的滲透性及滲透規(guī)律土的滲透性及滲透規(guī)律二維滲流及流網(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)定分析擋水建筑物擋水建筑物 集水建筑物集水建筑物 引水結構物引水結構物 基坑等地下施工基坑等地下施工邊坡滲流邊坡滲流第二章第二章 土中水的運動規(guī)律土中水的運動規(guī)律F水頭與水力坡降

6、水頭與水力坡降F土的滲透試驗與土的滲透試驗與達西定律達西定律F滲透系數(shù)的測定滲透系數(shù)的測定及影響因素及影響因素F層狀地基的等效層狀地基的等效滲透系數(shù)滲透系數(shù)土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律滲流的驅(qū)動能量滲流的驅(qū)動能量反映滲流特點的定律反映滲流特點的定律土的滲透性土的滲透性一維滲流計算一維滲流計算第二章第二章 土中水的運動規(guī)律土中水的運動規(guī)律 2.2 2.2 土的滲透試驗和達西定律土的滲透試驗和達西定律 n 位置水頭：位置水頭：到基準面的豎直距離，到基準面的豎直距離，代表單位重量的液體從基準面算起代表單位重量的液體從基準面算起所具有的位置勢能所具有的位置勢能n 壓力水頭：壓力水頭：水壓力

7、所能引起的自由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能具有的壓力勢能n 測管水頭：測管水頭：測管水面到基準面的垂測管水面到基準面的垂直距離，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能之和，表示單位重量液體的總勢能n 在靜止液體中各點的測管水頭相等在靜止液體中各點的測管水頭相等位置、壓力和測管水頭位置、壓力和測管水頭zA00ABu0pawAu zBwBu 基準面基準面靜水靜水第二章第二章 土中水的運動規(guī)律土中水的運動規(guī)律 2.2 2.2 土的滲透試驗和達西定律土的滲透試驗和達西定律 水流動的驅(qū)動力水流動

8、的驅(qū)動力水往低處流水往低處流水往高處水往高處“跑跑”速度速度v壓力壓力u位置：位置：使水流從位置勢能使水流從位置勢能高處流向位置勢能低處高處流向位置勢能低處流速：流速：水具有的動能水具有的動能壓力：壓力：水所具有的壓力勢能水所具有的壓力勢能也可使水流發(fā)生流動也可使水流發(fā)生流動第二章第二章 土中水的運動規(guī)律土中水的運動規(guī)律 2.2 2.2 土的滲透試驗和達西定律土的滲透試驗和達西定律 n 位置勢能：位置勢能：mgzwumg n 壓力勢能：壓力勢能：00基準面基準面質(zhì)量質(zhì)量 m壓力壓力 u流速流速 vzwu n 動能：動能：2mv212wmv21umgmgzE n 總能量：總能量：2gvuzh2w

9、 稱為總水頭，是水流動稱為總水頭，是水流動的驅(qū)動力的驅(qū)動力n 單位重量水流的能量：單位重量水流的能量：水流動的驅(qū)動力水流動的驅(qū)動力 - 水頭水頭第二章第二章 土中水的運動規(guī)律土中水的運動規(guī)律 2.2 2.2 土的滲透試驗和達西定律土的滲透試驗和達西定律 滲流中的水頭與水力坡降滲流中的水頭與水力坡降ABL透水層透水層不透水層不透水層基坑基坑板樁墻板樁墻滲流為水體的流動，應滿滲流為水體的流動，應滿足液體流動的三大基本方足液體流動的三大基本方程：程：連續(xù)性方程連續(xù)性方程、能量方能量方程程、動量方程動量方程第二章第二章 土中水的運動規(guī)律土中水的運動規(guī)律 2.2 2.2 土的滲透試驗和達西定律土的滲透試

10、驗和達西定律 ABLhAzAwAu 基準面基準面g2vuzh2w wuzh n 總水頭：總水頭：單位重量水體所具有的能量單位重量水體所具有的能量 位置水頭位置水頭Z Z：水體的位置勢能（任選基準面）：水體的位置勢能（任選基準面） 壓力水頭壓力水頭u/ w：水體的壓力勢能（：水體的壓力勢能（u孔隙水壓力）孔隙水壓力） 流速水頭流速水頭V2/(2g)：水體的動能（對滲流多處于層流：水體的動能（對滲流多處于層流0）n 滲流的總水頭：滲流的總水頭：滲流問題的水頭滲流問題的水頭也稱也稱測管水頭測管水頭，是滲流的，是滲流的總驅(qū)動能，滲流總是從水總驅(qū)動能，滲流總是從水頭高處流向水頭低處頭高處流向水頭低處第二

11、章第二章 土中水的運動規(guī)律土中水的運動規(guī)律 2.2 2.2 土的滲透試驗和達西定律土的滲透試驗和達西定律 wBBBuzh A A點總水頭：點總水頭：水力坡降水力坡降ABLhAhBzAwAu wBu zBh h基準面基準面水力坡降線水力坡降線wAAAuzh B B點總水頭：點總水頭：二點總水頭差：反映了二點總水頭差：反映了兩點間水流由于摩阻力兩點間水流由于摩阻力造成的能量損失造成的能量損失BAhhh 水力坡降水力坡降 i：單位滲流長度上的水頭損失：單位滲流長度上的水頭損失Lhi 第二章第二章 土中水的運動規(guī)律土中水的運動規(guī)律 2.2 2.2 土的滲透試驗和達西定律土的滲透試驗和達西定律 2.2

12、2.2 土的滲透試驗和達西定律土的滲透試驗和達西定律 一一Darcy定律定律二二Darcy定律的適用范圍定律的適用范圍三滲透試驗簡介三滲透試驗簡介水在土中滲透的基本規(guī)律水在土中滲透的基本規(guī)律四影響滲透系數(shù)的因素四影響滲透系數(shù)的因素第二章第二章 土的滲透性土的滲透性 五層狀地基的等效滲透系數(shù)五層狀地基的等效滲透系數(shù)h1h2L2.2 2.2 土的滲透試驗和達西定律土的滲透試驗和達西定律 一一. Darcy. Darcy定律定律Darcy Darcy 定律定律: :在層流狀態(tài)的滲流中，滲透速度在層流狀態(tài)的滲流中，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。的一次方成正比。ikVk:k:

13、反映土的透水性能的比例系數(shù)，稱為滲透系數(shù)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：水力坡降物理意義：水力坡降i i1 1時的滲流速度時的滲流速度單位：單位：mm/s, cm/s, m/s, m/daymm/s, cm/s, m/s, m/dayLhhLhi21水力坡降：水力坡降：第二章第二章 土中水的運動規(guī)律土中水的運動規(guī)律nvvvs 2.2 2.2 土的滲透試驗和達西定律土的滲透試驗和達西定律 注意：注意：AAvAAnv V V：假想滲流速度，土體試樣全斷面的平均滲流速度：假想滲流速度，土體試樣全斷面的平均滲流速度V Vs s：實際平均滲流速度，孔隙斷面的平均滲流速度：實際平均滲流速

14、度，孔隙斷面的平均滲流速度A AvQVA VsA第二章第二章 土中水的運動規(guī)律土中水的運動規(guī)律2.2 2.2 土的滲透試驗和達西定律土的滲透試驗和達西定律 二二. . 達西定律達西定律適用條件適用條件上限：粗粒土上限：粗粒土 vvcr礫石類土中的滲流不符合達西定律礫石類土中的滲流不符合達西定律砂土中滲透速度砂土中滲透速度 vcr= =0.3-0.5cm/s可以用粒徑來描述可以用粒徑來描述Darcy定律的范圍定律的范圍 ivovcrivoi0層流（線性流）層流（線性流）大部分砂土，粉土；疏松的黏土及砂性較大部分砂土，粉土；疏松的黏土及砂性較重的黏性土重的黏性土 兩種特例兩種特例下限：黏性土下限：

15、黏性土(結合水膜的影響）結合水膜的影響）致密的黏土致密的黏土 ii0, v=k(i - i0 )1m(kivm 第二章第二章 土中水的運動規(guī)律土中水的運動規(guī)律室內(nèi)試驗測定方法室內(nèi)試驗測定方法野外試驗測定方法野外試驗測定方法2.2 2.2 土的滲透試驗和達西定律土的滲透試驗和達西定律 常水頭試驗法常水頭試驗法變水頭試驗法變水頭試驗法井孔抽水試驗井孔抽水試驗井孔注水試驗井孔注水試驗三三.滲透試驗簡介滲透試驗簡介 第二章第二章 土中水的運動規(guī)律土中水的運動規(guī)律2.2 2.2 土的滲透試驗和達西定律土的滲透試驗和達西定律 1.1. 室內(nèi)試驗方法室內(nèi)試驗方法11常水頭試驗法常水頭試驗法結果整理結果整理試

16、驗裝置：試驗裝置：如圖如圖試驗條件試驗條件: : h，A，L=const量測變量量測變量: : Q，t適用土類：適用土類：透水性較大的砂性土透水性較大的砂性土qtQ htAQLkvAq LhiikV)/10(3scmk三三.滲透試驗簡介滲透試驗簡介 第二章第二章 土中水的運動規(guī)律土中水的運動規(guī)律2.1 2.1 土的滲透試驗和達西定律土的滲透試驗和達西定律 2.2.室內(nèi)試驗方法室內(nèi)試驗方法22變水頭試驗法變水頭試驗法試驗裝置：試驗裝置：如圖如圖試驗條件試驗條件: : h變化變化，A，L=const，a量測變量量測變量: : h ，t透水性較小的黏性土透水性較小的黏性土常水頭法僅適用于：常水頭法僅

17、適用于：透水性較大的砂性土透水性較大的砂性土)/10(3scmk 三三.滲透試驗簡介滲透試驗簡介 土試料的透水量=測壓管中水下降的體積第二章第二章 土中水的運動規(guī)律土中水的運動規(guī)律tt+ t2.2 2.2 土的滲透試驗和達西定律土的滲透試驗和達西定律 結果整理結果整理:理論依據(jù)理論依據(jù): :t時刻：時刻： htdh流入量流入量：流出量：流出量：連續(xù)性條件：連續(xù)性條件：21lnhhAtaLk選擇幾組選擇幾組h1, h2, t ，計算相應的，計算相應的k，取平均值，取平均值adhdQAdtLhkkiAdtdQdQdQ hkAaLdhdt2121hhtthkAaLdhdt2112lnhhkAaLtt

18、tAdtLhkadh三三.滲透試驗簡介滲透試驗簡介 滲水量隨滲水量隨h的減小而增加的減小而增加第二章第二章 土中水的運動規(guī)律土中水的運動規(guī)律2.2 2.2 土的滲透試驗和達西定律土的滲透試驗和達西定律 常水頭試驗常水頭試驗變水頭試驗變水頭試驗條件條件已知已知測定測定算定算定取值取值h=consth變化變化h，A，LQ，t重復試驗后，取均值重復試驗后，取均值a，A，Lh，t21hhlnAtaLk htAQLk3. 3. 室內(nèi)試驗方法室內(nèi)試驗方法不同時段試驗，取均值不同時段試驗，取均值適用適用粗粒土粗粒土黏性土黏性土三三.滲透試驗簡介滲透試驗簡介 第二章第二章 土中水的運動規(guī)律土中水的運動規(guī)律4.

19、 野外測定方法野外測定方法抽水試驗和注水試驗法抽水試驗和注水試驗法優(yōu)點：可獲得現(xiàn)場較為可優(yōu)點：可獲得現(xiàn)場較為可靠的平均滲透系數(shù)靠的平均滲透系數(shù)2.2 2.2 土的滲透試驗和達西定律土的滲透試驗和達西定律 地下水位地下水位測壓管水面測壓管水面井井抽水量抽水量Q Qr1rr2dhdrh1hh2不透水層不透水層觀察井觀察井A=2rhi=dh/drdrdhkrh2AkiQ khdh2rdrQ )hh(krrlnQ212212 212212hh)r/rln(Qk 缺點：費用較高，耗時較長缺點：費用較高，耗時較長實驗方法：實驗方法：理論依據(jù)：理論依據(jù)：三三.滲透試驗簡介滲透試驗簡介 第二章第二章 土中水的

20、運動規(guī)律土中水的運動規(guī)律2.2 2.2 土的滲透試驗和達西定律土的滲透試驗和達西定律 5.滲透系數(shù)的應用滲透系數(shù)的應用 通過室內(nèi)滲透試驗（常水頭、變水頭）測定。滲通過室內(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。透系數(shù)可用做判斷透水強弱，選擇壩體填筑土料。強透水層強透水層中等透水層中等透水層相對不透水層相對不透水層K10-2cm/sK=10-310-5cm/sK伊里石伊里石蒙脫石蒙脫石 ；當黏土中含有可交換的鈉離子當黏土中含有可交換的鈉離子越多時，其滲透性將越低越多時，其滲透性將越低n 塑性指數(shù)塑性指數(shù)IpIp綜合反映土的顆粒綜合反映土的顆粒大小和礦物成份

21、，常是滲透系大小和礦物成份，常是滲透系數(shù)的參數(shù)數(shù)的參數(shù) 土的性質(zhì)土的性質(zhì) 水的性質(zhì)水的性質(zhì) 粒徑大小及級配粒徑大小及級配 孔隙比孔隙比 礦物成分礦物成分 結構結構第二章第二章 土中水的運動規(guī)律土中水的運動規(guī)律 2.2 2.2 土的滲透試驗和達西定律土的滲透試驗和達西定律 四四. . 滲透系數(shù)的影響因素滲透系數(shù)的影響因素 n 影響孔隙系統(tǒng)的構成和方向性，影響孔隙系統(tǒng)的構成和方向性，對黏性土影響更大對黏性土影響更大n 在宏觀構造上，天然沉積層狀在宏觀構造上，天然沉積層狀黏性土層，扁平狀黏土顆粒常黏性土層，扁平狀黏土顆粒常呈水平排列，常使呈水平排列，常使k k水平水平k k垂直垂直n 在微觀結構上，

22、當孔隙比相同在微觀結構上，當孔隙比相同時，凝聚結構將比分散結構具時，凝聚結構將比分散結構具有更大的透水性有更大的透水性 土的性質(zhì)土的性質(zhì) 水的性質(zhì)水的性質(zhì) 粒徑大小及級配粒徑大小及級配 孔隙比孔隙比 礦物成分礦物成分 結構結構第二章第二章 土中水的運動規(guī)律土中水的運動規(guī)律 2.2 2.2 土的滲透試驗和達西定律土的滲透試驗和達西定律 四四. . 滲透系數(shù)的影響因素滲透系數(shù)的影響因素 飽和曲線飽和曲線含水量含水量 wWop干容重干容重 d max 1含水量含水量 w滲透系數(shù)滲透系數(shù) k絮狀結構絮狀結構 分散結構分散結構 土的性質(zhì)土的性質(zhì) 水的性質(zhì)水的性質(zhì) 粒徑大小及級配粒徑大小及級配 孔隙比孔隙

23、比 礦物成分礦物成分 結構結構第二章第二章 土中水的運動規(guī)律土中水的運動規(guī)律 2.2 2.2 土的滲透試驗和達西定律土的滲透試驗和達西定律 四四. . 滲透系數(shù)的影響因素滲透系數(shù)的影響因素 n 水的動力粘滯系數(shù)：水的動力粘滯系數(shù)： 溫度溫度 ，水粘滯性，水粘滯性 ，k k n 飽和度（含氣量）：封閉氣飽和度（含氣量）：封閉氣泡對泡對k k影響很大，可減少有效影響很大，可減少有效滲透面積，還可以堵塞孔隙滲透面積，還可以堵塞孔隙的通道的通道 土的性質(zhì)土的性質(zhì) 水的性質(zhì)水的性質(zhì) 粒徑大小及級配粒徑大小及級配 孔隙比孔隙比 礦物成分礦物成分 結構結構第二章第二章 土中水的運動規(guī)律土中水的運動規(guī)律 2.

24、2 2.2 土的滲透試驗和達西定律土的滲透試驗和達西定律 四四. . 滲透系數(shù)的影響因素滲透系數(shù)的影響因素 等效滲透系數(shù)確立各層的確立各層的k ki i根據(jù)滲流方向確定等效滲流系數(shù)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土的滲透試驗和達西定律天然土層多呈層狀天然土層多呈層狀五五. .層狀地基的等效滲透系數(shù)層狀地基的等效滲透系數(shù)第二章第二章 土中水的運動規(guī)律土中水的運動規(guī)律H1H2H3Hhk1k2k3xzq1xq3xq2xL五五. .層狀地基的等效滲透系數(shù)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土的滲透試驗和達西定律1122不透水層不透水層水平滲流水平滲流條件條件: :

25、Lhiii ixxqq iHH等效滲透系數(shù)等效滲透系數(shù): :qx=vxH=kxiHqix=kiiiHi iixHkH1k第二章第二章 土中水的運動規(guī)律土中水的運動規(guī)律H1H2H3Hhk1k2k3xz五五. .層狀地基的等效滲透系數(shù)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土的滲透試驗和達西定律豎直滲流豎直滲流:v承壓水承壓水條件條件:vvi ihh iHH等效滲透系數(shù)等效滲透系數(shù): :vi = ki (h hi i/ /Hi)iiikvHh zkvHh iizkvHkvH iizkHHk)k1HH(k1iiz第二章第二章 土中水的運動規(guī)律土中水的運動規(guī)律水平滲流情形水平滲流情形垂直滲流

26、情形垂直滲流情形條件條件已知已知等效等效推定推定Lhii;HH;qqiii .k.;H,H121iHkqx iixHkH1k ii2121HH;hh;v.vv;q.qq.k,k.;H,H2121Hhkikvzz iizkHHk2.2土的滲透試驗和達西定律土的滲透試驗和達西定律五五. .層狀地基的等效滲透系數(shù)層狀地基的等效滲透系數(shù)第二章第二章 土中水的運動規(guī)律土中水的運動規(guī)律算例說明算例說明 day/m100k,m0 . 1Hday/m1k,m0 . 1Hday/m01. 0k,m0 . 1H332211 2.2土的滲透試驗和達西定律土的滲透試驗和達西定律按層厚加權平均，由較大值控制按層厚加權平

27、均，由較大值控制倒數(shù)層厚加權平均，由較小值控制倒數(shù)層厚加權平均，由較小值控制day/m67.33HHkkiix day/m03. 0kHHkiiz 五五. .層狀地基的等效滲透系數(shù)層狀地基的等效滲透系數(shù)第二章第二章 土中水的運動規(guī)律土中水的運動規(guī)律水平成層土的平均滲透系數(shù)將取決于最透水土層的厚度和滲透性垂直成層土的平均滲透系數(shù)將取決于最不透水土層的厚度和滲透性2.2土的滲透試驗和達西定律土的滲透試驗和達西定律第二章第二章 土中水的運動規(guī)律土中水的運動規(guī)律2.3 2.3 滲透力和滲透破壞滲透力和滲透破壞 一、滲流作用下土的應力狀態(tài)一、滲流作用下土的應力狀態(tài)（一）靜水條件下土的有效應力與中性應力（

28、一）靜水條件下土的有效應力與中性應力1、總應力、總應力土 樣自 由 水 面（ 面 積 ）作用在截面上水柱和土的重量為：作用在截面上水柱和土的重量為： AhzzAhAWwsatsatw)(a點的應力點的應力： hzAWwsat2、中性應力、中性應力a點孔隙內(nèi)的水所具有的靜水壓力為點孔隙內(nèi)的水所具有的靜水壓力為： )(zhw2.3 滲透力和滲透破壞滲透力和滲透破壞第二章第二章 土中水的運動規(guī)律土中水的運動規(guī)律3.有效應力有效應力2.3 滲透力和滲透破壞滲透力和滲透破壞 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力，它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力，它直接由土顆粒

29、的接觸點傳遞壓力，完全作用在土體骨架上而影響骨架土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構變形，故稱為有效應力粒的結構變形，故稱為有效應力 。)(zhhzwwsatz第二章第二章 土中水的運動規(guī)律土中水的運動規(guī)律（二）滲流作用下土的有效應力（二）滲流作用下土的有效應力2.3 滲透力和滲透破壞滲透力和滲透破壞12土 樣水通過土層向下滲流水通過土層向下滲流 21土 樣水通過土層向上滲流水通過土層向上滲流 1、水通過土層向下滲流、水通過土層向下滲流水面水面 ,保持不變保持不變動水壓力動水壓力1 1w1uh 2 2w12u(hhh) 總應力總應力 2 2w1sat2hh

30、有效應力有效應力 滲流作用鉛直向下時，能使土的有效應力增加。滲流作用鉛直向下時，能使土的有效應力增加。 2、水通過土層向上滲流、水通過土層向上滲流ab1 1w1uh 2 2w12u(hhh) 2 2w1sat2hh 滲流作用鉛直向上時，則滲流引起的孔隙水壓力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力減小，影響土的滲透穩(wěn)定?？墒雇恋挠行p小，影響土的滲透穩(wěn)定。 hhuw2222222、hhuw2222222、第二章第二章 土中水的運動規(guī)律土中水的運動規(guī)律二二. .滲透力和滲透變形滲透力和滲透變形 試驗觀察h=0 h=0 靜水中，土骨架會受到浮力作用。靜水中，土骨架會受到浮力作

31、用。h0 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。產(chǎn)生一個摩擦、拖曳力。滲透力滲透力 j 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。滲透變形滲透變形滲透力滲透力h1hh222hwL土樣土樣濾網(wǎng)濾網(wǎng)貯水器貯水器a b2.3 滲透力和滲透破壞滲透力和滲透破壞111. 滲透力滲透力第二章第二章 土中水的運動規(guī)律土中水的運動規(guī)律h1hh200hwL土樣土樣濾網(wǎng)濾網(wǎng)貯水器貯水器a b土粒土粒滲滲 流流j2.3 滲透力和滲

32、透破壞滲透力和滲透破壞1. 1. 滲透力滲透力第二章第二章 土中水的運動規(guī)律土中水的運動規(guī)律h200hwL土樣土樣濾網(wǎng)濾網(wǎng)貯水器貯水器a bP2WP1R靜水中的土體靜水中的土體A=1W = = LsatsatL( + w)P1 = = whwP2 = = wh2R = ?R + P2 = W + P1R + wh2 = L( + w) + whw R = L 土水整體分析土水整體分析2.3 滲透力和滲透破壞滲透力和滲透破壞1. 1. 滲透力滲透力第二章第二章 土中水的運動規(guī)律土中水的運動規(guī)律h1hh200hwL土樣土樣濾網(wǎng)濾網(wǎng)貯水器貯水器a bP2WP1R靜水中的土體靜水中的土體A=1W =

33、= LsatsatL( + w)P1 = = whwP2 = = wh1R = ?R + P2 = W + P1R + wh1 = L( + w) + whw R = L whR = L 滲流中的土體滲流中的土體2.3 滲透力和滲透破壞滲透力和滲透破壞1. 1. 滲透力滲透力第二章第二章 土中水的運動規(guī)律土中水的運動規(guī)律h1hh200hwL土樣土樣濾網(wǎng)濾網(wǎng)貯水器貯水器a bP2WP1R靜水中的土體靜水中的土體A=1R = L whR = L 滲流中的土體滲流中的土體向上滲流存在時，濾網(wǎng)支持力減少向上滲流存在時，濾網(wǎng)支持力減少減少的部分由誰承擔？減少的部分由誰承擔？水與土之間的作用力滲流的拖曳力

34、水與土之間的作用力滲流的拖曳力總滲透力總滲透力J = wh滲透力滲透力j = J/V = wh/L = wij = wi2.3 滲透力和滲透破壞滲透力和滲透破壞1. 1. 滲透力滲透力第二章第二章 土中水的運動規(guī)律土中水的運動規(guī)律1. 1. 滲透力滲透力2.3 滲透力和滲透破壞滲透力和滲透破壞滲透力的性質(zhì)滲透力的性質(zhì)物理意義：物理意義：滲流作用于單位土體的力（滲流作用于單位土體的力（kN/m3），是滲流對土粒），是滲流對土粒的作用力，為體積力。的作用力，為體積力。 j = wi大?。捍笮。悍较颍悍较颍号c滲流方向一致與滲流方向一致作用對象：作用對象：土骨架土骨架第二章第二章 土中水的運動規(guī)律土中

35、水的運動規(guī)律基本類型基本類型 2.2.滲透變形及其基本形式（滲透破壞）滲透變形及其基本形式（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 2.3 滲透力和滲透破壞滲透力和滲透破壞第二章第二章 土中水的運動規(guī)律土中水的運動規(guī)律2.3 滲透力和滲透破壞滲透力和滲透破壞2.滲透變形及其基本形式（滲透破壞）滲透變形及其基本形式（滲透破壞）（1 1）滲透變形）滲透變形土粒間不存在接觸應力，處于即將被浮動的臨界狀態(tài)。當土粒間不存在接觸應力，處于即將被浮動的臨界狀態(tài)。當j 時，土粒被滲流夾帶向上浮動

36、。時，土粒被滲流夾帶向上浮動?？倽B透力：總滲透力： wwhJLAiLAL浮浮 重：重： wLAJ=wwi 當當時，時， 有效應力有效應力： wLh0 第二章第二章 土中水的運動規(guī)律土中水的運動規(guī)律滲流引起的滲透破壞主要有：1. 由于滲流力（滲透力）的作用，使土體顆粒流失或局部 土體產(chǎn)生移動，導致土體變形甚至失穩(wěn)2. 由于滲流作用，使水壓力或浮力發(fā)生變化，導致土體或結構物失穩(wěn)管涌流砂（或流土）滑坡水庫塌岸，岸坡、土壩在水位降落時滑動，擋土墻等結構物失穩(wěn)在土坡穩(wěn)定分析中講引起2.3 滲透力和滲透破壞滲透力和滲透破壞2.滲透變形及其基本形式（滲透破壞）滲透變形及其基本形式（滲透破壞）第二章第二章 土

37、中水的運動規(guī)律土中水的運動規(guī)律黏性土黏性土k1k2砂性土砂性土k2壩體壩體（2 2）基本形式基本形式 2.滲透變形及其基本形式（滲透破壞）滲透變形及其基本形式（滲透破壞）a 流土流土criiJW時和土的密實程度有關ediscr11滲流滲流原因原因：2.3 滲透力和滲透破壞滲透力和滲透破壞在滲流作用下，黏性土或無黏性土體中某一范圍內(nèi)的顆粒或顆粒群在滲流作用下，黏性土或無黏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)被滲流帶走并導致下游的土坡局部面積出現(xiàn)被滲流帶走并導致坡面出現(xiàn)局部滑動。坡面出現(xiàn)局部滑動。 當當iicr時時, ,發(fā)生滲透破壞發(fā)生滲透破

38、壞。 流砂產(chǎn)生的原因：流砂產(chǎn)生的原因：1.水在土中自下而上滲流水在土中自下而上滲流 2.JW第二章第二章 土中水的運動規(guī)律土中水的運動規(guī)律2.3 滲透力和滲透破壞滲透力和滲透破壞2.滲透變形及其基本形式（滲透破壞）滲透變形及其基本形式（滲透破壞）第二章第二章 土中水的運動規(guī)律土中水的運動規(guī)律（2 2） 基本形式基本形式 管涌管涌原因：原因：內(nèi)因內(nèi)因 有足夠多的粗顆粒形有足夠多的粗顆粒形成大于細粒直徑的孔隙成大于細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，無黏性土土體中的細小顆粒，通過粗大顆粒的孔在滲流作用下，無黏性土土體中的細小顆粒，通過粗大顆粒的孔隙，發(fā)生移動或被水流帶出的

39、現(xiàn)象。隙，發(fā)生移動或被水流帶出的現(xiàn)象。 管涌管涌破壞2.3 滲透力和滲透破壞滲透力和滲透破壞2.滲透變形及其基本形式（滲透破壞）滲透變形及其基本形式（滲透破壞）第二章第二章 土中水的運動規(guī)律土中水的運動規(guī)律流土與管涌的比較流土與管涌的比較 流土流土土體局部范圍的顆粒同時土體局部范圍的顆粒同時發(fā)生移動發(fā)生移動管涌管涌只發(fā)生在水流滲出的表層只發(fā)生在水流滲出的表層只要滲透力足夠大，只要滲透力足夠大，可發(fā)生在任何土中可發(fā)生在任何土中破壞過程短破壞過程短導致下游坡面產(chǎn)生局部滑動等導致下游坡面產(chǎn)生局部滑動等現(xiàn)象現(xiàn)象位置位置土類土類歷時歷時后果后果土體內(nèi)細顆粒通過粗粒形成土體內(nèi)細顆粒通過粗粒形成的孔隙通道移動的孔隙通道移動可發(fā)生于土體內(nèi)部和滲流可發(fā)生于土體內(nèi)部和滲流溢出處溢出處一般發(fā)生在特定級配的一般發(fā)生在特定級配的無黏性土或分散性黏土無黏性土或分散性黏土破壞過程相對較長破壞過程相對較長導致結構發(fā)生塌陷或潰口導致結構發(fā)生塌陷或潰口2.3 滲透力和滲透破壞滲透力和滲透破壞（2 2） 基本形式基本形式 2.滲透變形及其基本形式（滲透破壞）滲透變形及其基本形式（滲透