土力學(xué)第二章土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律

1、土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)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(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)，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)F 水在土體孔隙中流動(dòng)的現(xiàn)象稱為水在土體孔隙中流動(dòng)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(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)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(dòng)孔隙流體流動(dòng)滲流滲流水在土體孔隙中流動(dòng)的現(xiàn)象水在土體孔隙中流動(dòng)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(qiáng)度特性強(qiáng)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(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)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(jì)效益。因滲透而引起的水量損失，影響閘壩蓄水等經(jīng)濟(jì)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(guān)系工程成土的穩(wěn)定性受到滲流破壞，土體顆粒流失，關(guān)系工程成敗。如：水

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(dāng)滲流量或滲透變形不滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，要研究如何采當(dāng)滲流量或滲透變形不滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，要研究如何采取工程措施進(jìn)行滲流控制。取工程措施進(jìn)行滲流控制。 土的滲透性研究主要包括以下三個(gè)方面土的滲透性研究主要包括以下三個(gè)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(rèn)為孔隙和土粒、不考慮土體中顆粒的影響，認(rèn)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(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)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(rùn)線浸潤(rùn)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(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)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(hù)下的基坑滲流板樁圍護(hù)下的基坑滲流第二章第二章 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)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(shí)地下水位滲流時(shí)地下水位渠道滲流渠道滲流第二章第二章 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)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(jié)構(gòu)物引水結(jié)構(gòu)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(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)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(yàn)與土的滲透試驗(yàn)與達(dá)西定律達(dá)西定律F滲透系數(shù)的測(cè)定滲透系數(shù)的測(cè)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(dòng)能量滲流的驅(qū)動(dòng)能量反映滲流特點(diǎn)的定律反映滲流特點(diǎn)的定律土的滲透性土的滲透性一維滲流計(jì)算一維滲流計(jì)算第二章第二章 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 2.2 2.2 土的滲透試驗(yàn)和達(dá)西定律土的滲透試驗(yàn)和達(dá)西定律 n 位置水頭：位置水頭：到基準(zhǔn)面的豎直距離，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：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(shì)能具有的壓力勢(shì)能n 測(cè)管水頭：測(cè)管水頭：測(cè)管水面到基準(zhǔn)面的垂測(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)管水頭相等在靜止液體中各點(diǎn)的測(cè)管水頭相等位置、壓力和測(cè)管水頭位置、壓力和測(cè)管水頭zA00ABu0pawAu zBwBu 基準(zhǔn)面基準(zhǔn)面靜水靜水第二章第二章 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 2.2 2.2 土的滲透試驗(yàn)和達(dá)西定律土的滲透試驗(yàn)和達(dá)西定律 水流動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力水流動(dòng)

8、的驅(qū)動(dòng)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(shì)能使水流從位置勢(shì)能高處流向位置勢(shì)能低處高處流向位置勢(shì)能低處流速：流速：水具有的動(dòng)能水具有的動(dòng)能壓力：壓力：水所具有的壓力勢(shì)能水所具有的壓力勢(shì)能也可使水流發(fā)生流動(dòng)也可使水流發(fā)生流動(dòng)第二章第二章 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 2.2 2.2 土的滲透試驗(yàn)和達(dá)西定律土的滲透試驗(yàn)和達(dá)西定律 n 位置勢(shì)能：位置勢(shì)能：mgzwumg n 壓力勢(shì)能：壓力勢(shì)能：00基準(zhǔn)面基準(zhǔn)面質(zhì)量質(zhì)量 m壓力壓力 u流速流速 vzwu n 動(dòng)能：動(dòng)能：2mv212wmv21umgmgzE n 總能量：總能量：2gvuzh2w

9、 稱為總水頭，是水流動(dòng)稱為總水頭，是水流動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)力n 單位重量水流的能量：?jiǎn)挝恢亓克鞯哪芰浚核鲃?dòng)的驅(qū)動(dòng)力水流動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力 - 水頭水頭第二章第二章 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 2.2 2.2 土的滲透試驗(yàn)和達(dá)西定律土的滲透試驗(yàn)和達(dá)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A(chǔ)BL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(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：程：連續(xù)性方程連續(xù)性方程、能量方能量方程程、動(dòng)量方程動(dòng)量方程第二章第二章 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 2.2 2.2 土的滲透試驗(yàn)和達(dá)西定律土的滲透試

10、驗(yàn)和達(dá)西定律 ABLhAzAwAu 基準(zhǔn)面基準(zhǔn)面g2vuzh2w wuzh n 總水頭：總水頭：?jiǎn)挝恢亓克w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(shì)能（任選基準(zhǔn)面）：水體的位置勢(shì)能（任選基準(zhǔn)面） 壓力水頭壓力水頭u/ w：水體的壓力勢(shì)能（：水體的壓力勢(shì)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(dòng)能（對(duì)滲流多處于層流：水體的動(dòng)能（對(duì)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(cè)管水頭測(cè)管水頭，是滲流的，是滲流的總驅(qū)動(dòng)能，滲流總是從水總驅(qū)動(dòng)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(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 2.2 2.2 土的滲透試驗(yàn)和達(dá)西定律土的滲透試驗(yàn)和達(dá)西定律 wBBBuzh A A點(diǎn)總水頭：點(diǎn)總水頭：水力坡降水力坡降A(chǔ)BLhAhBzAwAu wBu zBh h基準(zhǔn)面基準(zhǔn)面水力坡降線水力坡降線wAAAuzh B B點(diǎn)總水頭：點(diǎn)總水頭：二點(diǎn)總水頭差：反映了二點(diǎn)總水頭差：反映了兩點(diǎn)間水流由于摩阻力兩點(diǎn)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：?jiǎn)挝粷B流長(zhǎng)度上的水頭損失：?jiǎn)挝粷B流長(zhǎng)度上的水頭損失Lhi 第二章第二章 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 2.2 2.2 土的滲透試驗(yàn)和達(dá)西定律土的滲透試驗(yàn)和達(dá)西定律 2.2

12、2.2 土的滲透試驗(yàn)和達(dá)西定律土的滲透試驗(yàn)和達(dá)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(yàn)簡(jiǎn)介三滲透試驗(yàn)簡(jiǎn)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(yàn)和達(dá)西定律土的滲透試驗(yàn)和達(dá)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(shí)的滲流速度時(shí)的滲流速度單位：?jiǎn)挝唬簃m/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(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律nvvvs 2.2 2.2 土的滲透試驗(yàn)和達(dá)西定律土的滲透試驗(yàn)和達(dá)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(shí)際平均滲流速度，孔隙斷面的平均滲流速度：實(shí)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(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律2.2 2.2 土的滲透試驗(yàn)和達(dá)西定律土的滲透試驗(yàn)和達(dá)西定律 二二. . 達(dá)西定律達(dá)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(dá)西定律礫石類土中的滲流不符合達(dá)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(jié)合水膜的影響）結(jié)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(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)定方法室內(nèi)試驗(yàn)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2.2 2.2 土的滲透試驗(yàn)和達(dá)西定律土的滲透試驗(yàn)和達(dá)西定律 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)三三.滲透試驗(yàn)簡(jiǎn)介滲透試驗(yàn)簡(jiǎn)介 第二章第二章 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律2.2 2.2 土的滲透試驗(yàn)和達(dá)西定律土的滲透試驗(yàn)和達(dá)西定律 1.1. 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

16、驗(yàn)裝置：試驗(yàn)裝置：如圖如圖試驗(yàn)條件試驗(yàn)條件: : h，A，L=const量測(cè)變量量測(cè)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(yàn)簡(jiǎn)介滲透試驗(yàn)簡(jiǎn)介 第二章第二章 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律2.1 2.1 土的滲透試驗(yàn)和達(dá)西定律土的滲透試驗(yàn)和達(dá)西定律 2.2.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：試驗(yàn)裝置：如圖如圖試驗(yàn)條件試驗(yàn)條件: : h變化變化，A，L=const，a量測(cè)變量量測(cè)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(yàn)簡(jiǎn)介滲透試驗(yàn)簡(jiǎn)介 土試料的透水量=測(cè)壓管中水下降的體積第二章第二章 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律tt+ t2.2 2.2 土的滲透試驗(yàn)和達(dá)西定律土的滲透試驗(yàn)和達(dá)西定律 結(jié)果整理結(jié)果整理:理論依據(jù)理論依據(jù): :t時(shí)刻：時(shí)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(jì)算相應(yīng)的，計(jì)算相應(yīng)的k，取平均值，取平均值adhdQAdtLhkkiAdtdQdQdQ hkAaLdhdt2121hhtthkAaLdhdt2112lnhhkAaLtt

18、tAdtLhkadh三三.滲透試驗(yàn)簡(jiǎn)介滲透試驗(yàn)簡(jiǎn)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(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律2.2 2.2 土的滲透試驗(yàn)和達(dá)西定律土的滲透試驗(yàn)和達(dá)西定律 常水頭試驗(yàn)常水頭試驗(yàn)變水頭試驗(yàn)變水頭試驗(yàn)條件條件已知已知測(cè)定測(cè)定算定算定取值取值h=consth變化變化h，A，LQ，t重復(fù)試驗(yàn)后，取均值重復(fù)試驗(yàn)后，取均值a，A，Lh，t21hhlnAtaLk htAQLk3. 3. 室內(nèi)試驗(yàn)方法室內(nèi)試驗(yàn)方法不同時(shí)段試驗(yàn)，取均值不同時(shí)段試驗(yàn)，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(yàn)簡(jiǎn)介滲透試驗(yàn)簡(jiǎn)介 第二章第二章 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律4.

19、 野外測(cè)定方法野外測(cè)定方法抽水試驗(yàn)和注水試驗(yàn)法抽水試驗(yàn)和注水試驗(yàn)法優(yōu)點(diǎn)：可獲得現(xiàn)場(chǎng)較為可優(yōu)點(diǎn)：可獲得現(xiàn)場(chǎng)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(yàn)和達(dá)西定律土的滲透試驗(yàn)和達(dá)西定律 地下水位地下水位測(cè)壓管水面測(cè)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(diǎn)：費(fèi)用較高，耗時(shí)較長(zhǎng)缺點(diǎn)：費(fèi)用較高，耗時(shí)較長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)方法：實(shí)驗(yàn)方法：理論依據(jù)：理論依據(jù)：三三.滲透試驗(yàn)簡(jiǎn)介滲透試驗(yàn)簡(jiǎn)介 第二章第二章 土中水的

20、運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律2.2 2.2 土的滲透試驗(yàn)和達(dá)西定律土的滲透試驗(yàn)和達(dá)西定律 5.滲透系數(shù)的應(yīng)用滲透系數(shù)的應(yīng)用 通過室內(nèi)滲透試驗(yàn)（常水頭、變水頭）測(cè)定。滲通過室內(nèi)滲透試驗(yàn)（常水頭、變水頭）測(cè)定。滲 透系數(shù)可用做判斷透水強(qiáng)弱，選擇壩體填筑土料。透系數(shù)可用做判斷透水強(qiáng)弱，選擇壩體填筑土料。強(qiáng)透水層強(qiáng)透水層中等透水層中等透水層相對(duì)不透水層相對(duì)不透水層K10-2cm/sK=10-310-5cm/sK伊里石伊里石蒙脫石蒙脫石 ；當(dāng)黏土中含有可交換的鈉離子當(dāng)黏土中含有可交換的鈉離子越多時(shí)，其滲透性將越低越多時(shí)，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(jí)配粒徑大小及級(jí)配 孔隙比孔隙比 礦物成分礦物成分 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)第二章第二章 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 2.2 2.2 土的滲透試驗(yàn)和達(dá)西定律土的滲透試驗(yàn)和達(dá)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(gòu)成和方向性，影響孔隙系統(tǒng)的構(gòu)成和方向性，對(duì)黏性土影響更大對(duì)黏性土影響更大n 在宏觀構(gòu)造上，天然沉積層狀在宏觀構(gòu)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(jié)構(gòu)上，

22、當(dāng)孔隙比相同在微觀結(jié)構(gòu)上，當(dāng)孔隙比相同時(shí)，凝聚結(jié)構(gòu)將比分散結(jié)構(gòu)具時(shí)，凝聚結(jié)構(gòu)將比分散結(jié)構(gòu)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(jí)配粒徑大小及級(jí)配 孔隙比孔隙比 礦物成分礦物成分 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)第二章第二章 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 2.2 2.2 土的滲透試驗(yàn)和達(dá)西定律土的滲透試驗(yàn)和達(dá)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(jié)構(gòu)絮狀結(jié)構(gòu) 分散結(jié)構(gòu)分散結(jié)構(gòu) 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(jí)配粒徑大小及級(jí)配 孔隙比孔隙

23、比 礦物成分礦物成分 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)第二章第二章 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 2.2 2.2 土的滲透試驗(yàn)和達(dá)西定律土的滲透試驗(yàn)和達(dá)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(dòng)力粘滯系數(shù)：水的動(dòng)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(duì)泡對(duì)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(jí)配粒徑大小及級(jí)配 孔隙比孔隙比 礦物成分礦物成分 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)第二章第二章 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 2.

24、2 2.2 土的滲透試驗(yàn)和達(dá)西定律土的滲透試驗(yàn)和達(dá)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(yàn)和達(dá)西定律土的滲透試驗(yàn)和達(dá)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(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)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(yàn)和達(dá)西定律土的滲透試驗(yàn)和達(dá)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(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)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(yàn)和達(dá)西定律土的滲透試驗(yàn)和達(dá)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(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)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(yàn)和達(dá)西定律土的滲透試驗(yàn)和達(dá)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(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)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(yàn)和達(dá)西定律土的滲透試驗(yàn)和達(dá)西定律按層厚加權(quán)平均，由較大值控制按層厚加權(quán)平

27、均，由較大值控制倒數(shù)層厚加權(quán)平均，由較小值控制倒數(shù)層厚加權(quán)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(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)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(yàn)和達(dá)西定律土的滲透試驗(yàn)和達(dá)西定律第二章第二章 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)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(yīng)力狀態(tài)一、滲流作用下土的應(yīng)力狀態(tài)（一）靜水條件下土的有效應(yīng)力與中性應(yīng)力（

28、一）靜水條件下土的有效應(yīng)力與中性應(yīng)力1、總應(yīng)力、總應(yīng)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(diǎn)的應(yīng)力點(diǎn)的應(yīng)力： hzAWwsat2、中性應(yīng)力、中性應(yīng)力a點(diǎn)孔隙內(nèi)的水所具有的靜水壓力為點(diǎn)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(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律3.有效應(yīng)力有效應(yīng)力2.3 滲透力和滲透破壞滲透力和滲透破壞 a點(diǎn)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，它點(diǎn)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

29、的接觸點(diǎn)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(diǎn)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)力粒的結(jié)構(gòu)變形，故稱為有效應(yīng)力 。)(zhhzwwsatz第二章第二章 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律（二）滲流作用下土的有效應(yīng)力（二）滲流作用下土的有效應(yīng)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(dòng)水壓力動(dòng)水壓力1 1w1uh 2 2w12u(hhh) 總應(yīng)力總應(yīng)力 2 2w1sat2hh

30、有效應(yīng)力有效應(yīng)力 滲流作用鉛直向下時(shí)，能使土的有效應(yīng)力增加。滲流作用鉛直向下時(shí)，能使土的有效應(yīng)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(shí)，則滲流引起的孔隙水壓力滲流作用鉛直向上時(shí)，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。可使土的有效應(yīng)力減小，影響土的滲透穩(wěn)定。 hhuw2222222、hhuw2222222、第二章第二章 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律二二. .滲透力和滲透變形滲透力和滲透變形 試驗(yàn)觀察h=0 h=0 靜水中，土骨架會(huì)受到浮力作用。靜水中，土骨架會(huì)受到浮力作

31、用。h0 h0 水在流動(dòng)時(shí)，水流受到來自土骨架的阻力，同時(shí)流動(dòng)的孔隙水對(duì)土骨架水在流動(dòng)時(shí)，水流受到來自土骨架的阻力，同時(shí)流動(dòng)的孔隙水對(duì)土骨架產(chǎn)生一個(gè)摩擦、拖曳力。產(chǎn)生一個(gè)摩擦、拖曳力。滲透力滲透力 j j 滲透作用中，孔隙水對(duì)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(duì)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(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)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(shí)，濾網(wǎng)支持力減少向上滲流存在時(shí)，濾網(wǎng)支持力減少減少的部分由誰承擔(dān)？減少的部分由誰承擔(dān)？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(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)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(duì)土粒），是滲流對(duì)土粒的作用力，為體積力。的作用力，為體積力。 j = wi大小：大?。悍较颍悍较颍号c滲流方向一致與滲流方向一致作用對(duì)象：作用對(duì)象：土骨架土骨架第二章第二章 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中

35、水的運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)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(yīng)力，處于即將被浮動(dòng)的臨界狀態(tài)。當(dāng)土粒間不存在接觸應(yīng)力，處于即將被浮動(dòng)的臨界狀態(tài)。當(dāng)j 時(shí)，土粒被滲流夾帶向上浮動(dòng)

36、。時(shí)，土粒被滲流夾帶向上浮動(dòng)。總滲透力：總滲透力： wwhJLAiLAL浮浮 重：重： wLAJ=wwi 當(dāng)當(dāng)時(shí)，時(shí)， 有效應(yīng)力有效應(yīng)力： wLh0 第二章第二章 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)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(dòng)，導(dǎo)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(dǎo)致土體或結(jié)構(gòu)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(shí)滑動(dòng)，擋土墻等結(jié)構(gòu)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(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)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(shí)和土的密實(shí)程度有關(guān)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?；蝾w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?；蝾w粒群同時(shí)發(fā)生流動(dòng)的現(xiàn)象同時(shí)發(fā)生流動(dòng)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(dòng)。坡面出現(xiàn)局部滑動(dòng)。 當(dāng)當(dāng)iicr時(shí)時(shí), ,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(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)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(xì)粒直徑的孔隙成大于細(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，無黏性土土體中的細(xì)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(xì)小顆粒，通過粗大顆粒的孔隙，發(fā)生移動(dòng)或被水流帶出的

39、現(xiàn)象。隙，發(fā)生移動(dòng)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(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)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(shí)土體局部范圍的顆粒同時(shí)發(fā)生移動(dòng)發(fā)生移動(dòng)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(dǎo)致下游坡面產(chǎn)生局部滑動(dòng)等導(dǎo)致下游坡面產(chǎn)生局部滑動(dòng)等現(xiàn)象現(xiàn)象位置位置土類土類歷時(shí)歷時(shí)后果后果土體內(nèi)細(xì)顆粒通過粗粒形成土體內(nèi)細(xì)顆粒通過粗粒形成的孔隙通道移動(dòng)的孔隙通道移動(dòng)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(jí)配的一般發(fā)生在特定級(jí)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(duì)較長(zhǎng)破壞過程相對(duì)較長(zhǎng)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生塌陷或潰口導(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