土力學(xué)與地基基礎(chǔ)-第二章土的滲透性ppt課件

1、2 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律Movement regulation of the water in soil2 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律movement regulation of the water in soil2.1 概述Summary2.2 浸透實(shí)際theory of seepage 2.3 流網(wǎng)及其工程運(yùn)用flow net and its application2.4 土中滲流的作用力及滲流變形 Seepage force and deformation in soil有效應(yīng)力原理太沙基KKarl Terzaghi,18831963太沙基KKarl Terzaghi,

2、18831963，美籍奧地利土力學(xué)家，現(xiàn)代土力學(xué)的開(kāi)創(chuàng)人。獲得過(guò)9個(gè)聲譽(yù)博士學(xué)位，受過(guò)多種獎(jiǎng)勵(lì)。他是獨(dú)一得到過(guò)4次美國(guó)土木工程師學(xué)會(huì)最高獎(jiǎng)諾曼獎(jiǎng)的出色學(xué)者。為了表?yè)P(yáng)他的功勛，美國(guó)土木工程師學(xué)會(huì)還建立了太沙基獎(jiǎng)及講座。1923年太沙基發(fā)表了浸透固結(jié)實(shí)際，第一次科學(xué)地研討土體的固結(jié)過(guò)程，同時(shí)提出了土力學(xué)的一個(gè)根本原理，即有效應(yīng)力原理。1925年，他發(fā)表的世界上第一外鄉(xiāng)力學(xué)專(zhuān)著?建立在土的物理學(xué)根底的土力學(xué)?被公以為是進(jìn)入現(xiàn)代土力學(xué)時(shí)代的標(biāo)志。隨后發(fā)表的?實(shí)際土力學(xué)?和?適用土力學(xué)?中譯名全面總結(jié)和開(kāi)展了土力學(xué)的原理和運(yùn)用閱歷，至今仍為工程界的重要參考文獻(xiàn)。 有效應(yīng)力原理飽和土中的應(yīng)力形狀飽和土中的

3、應(yīng)力形狀外荷載外荷載 總應(yīng)力總應(yīng)力 飽和土是由土顆粒和水組成的兩相飽和土是由土顆粒和水組成的兩相體。當(dāng)外荷載作用時(shí)，這些荷載是體。當(dāng)外荷載作用時(shí)，這些荷載是由土骨架承當(dāng)還是由孔隙水承當(dāng)，由土骨架承當(dāng)還是由孔隙水承當(dāng)，涉及到土骨架和孔隙水兩個(gè)受力體涉及到土骨架和孔隙水兩個(gè)受力體系的問(wèn)題。系的問(wèn)題。土單元的斷面積土單元的斷面積 A A顆粒接觸點(diǎn)的面積顆粒接觸點(diǎn)的面積 AS AS孔隙水的斷面積孔隙水的斷面積 Aw AwuwsvAuPA 斷面豎向力平衡：斷面豎向力平衡：wSAAA uAAAPwsv 飽和土有效應(yīng)力原理飽和土有效應(yīng)力原理P接觸點(diǎn)有效應(yīng)力原理自重應(yīng)力下的兩種力系uhzzw(z+h)u 1飽

4、和土體內(nèi)任一平面上遭到的總應(yīng)力等于有效應(yīng)力加孔隙水壓力之和 2土的變形和強(qiáng)度取決于有效應(yīng)力而不是總應(yīng)力有效應(yīng)力effective stress是由顆粒間接觸點(diǎn)傳送的應(yīng)力，會(huì)使土的顆粒產(chǎn)生位移，引起土體的變形和強(qiáng)度的變化的應(yīng)力。孔隙水壓力pore water pressure由孔隙水傳送的應(yīng)力，它不能直接引起土體的變形和強(qiáng)度變化，不隨時(shí)間而變化。 有效應(yīng)力原理p是土體發(fā)生變形的緣由：顆粒間抑制是土體發(fā)生變形的緣由：顆粒間抑制摩擦相對(duì)滑移、滾動(dòng)以及在接觸點(diǎn)處摩擦相對(duì)滑移、滾動(dòng)以及在接觸點(diǎn)處由于應(yīng)力過(guò)大而破碎均與由于應(yīng)力過(guò)大而破碎均與有關(guān)有關(guān)p是土體強(qiáng)度的成因：土的凝聚力和粒是土體強(qiáng)度的成因：土的凝

5、聚力和粒間摩擦力均與間摩擦力均與有關(guān)有關(guān)2.1 概述2.1 概述2.1 浸透實(shí)際分成三個(gè)問(wèn)題討論：分成三個(gè)問(wèn)題討論：一、浸透模型應(yīng)滿(mǎn)足的條件：模型的流量等于真實(shí)的流量； 模型的壓力等于真實(shí)的壓力模型所遭到的阻力與真實(shí)滲流所遭到的阻力相等。一、浸透模型滲流模型的流速與真實(shí)流速的關(guān)系： 設(shè)過(guò)水面積為Am2,滲流流量為qm3/s那么滲流模型的平均流速為： V = q/A.真實(shí)滲流僅發(fā)生在相應(yīng)于斷面A中所包含的孔隙面積A內(nèi)，真實(shí)流速為：V0 q /A必需指出:由上式V = q/A求出的浸透速度是一種假想的平均流速，由于它假定水在土中的浸透是經(jīng)過(guò)整個(gè)土體截面來(lái)進(jìn)展的，而實(shí)踐上，浸透水僅僅經(jīng)過(guò)土體中的孔隙

6、流動(dòng)，實(shí)踐平均流速要比假想的平均流速大很多。它們之間的關(guān)系為：eevnvv100一、浸透模型由于真實(shí)速度很難測(cè)定，因此在工程上對(duì)于浸透速度，還是用單位時(shí)間內(nèi)經(jīng)過(guò)土體單位面積的水量這種平均浸透速度來(lái)替代真實(shí)速度。描畫(huà)內(nèi)容：浸透能量損失與滲流速度之間的關(guān)系. 著名的達(dá)西Darcy浸透定律：浸透速度：v滲流速度，cm/s。是單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)單位土截面積的水量，i水頭梯度或水力坡降。k浸透系數(shù)，cm/s。由于土體中的孔隙普通非常微小，水在土體中流動(dòng)時(shí)的粘滯阻力很大、流速緩慢，因此，其流動(dòng)形狀大多屬于層流。hvkkil二、達(dá)西浸透定律二、達(dá)西浸透定律安裝中是面積為A的直立圓筒，其側(cè)壁裝有兩支相距為L(zhǎng)的側(cè)壓

7、管。濾板填放顆粒均勻的砂土。水由上端注入圓筒，多余的水從溢水管溢出，使筒內(nèi)的水位維持恒定。浸透過(guò)砂層的水從短水管流入量杯中，并以此來(lái)計(jì)算滲流量Q。 得出：流量Q與過(guò)水面積A和水頭 h1-h2成正比與浸透途徑L成反比， 即達(dá)西定律： 達(dá)西浸透實(shí)驗(yàn)達(dá)西浸透實(shí)驗(yàn)達(dá)西浸透實(shí)驗(yàn)安裝12hhQkAvAkiAl二、達(dá)西浸透定律二、達(dá)西浸透定律達(dá)西定律是由砂質(zhì)土體實(shí)驗(yàn)得到的，后來(lái)推行運(yùn)用于其他土體如粘土和具有細(xì)裂隙的巖石等。實(shí)驗(yàn)證明：在砂土中水的流動(dòng)符合達(dá)西定律。它是經(jīng)過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，在粘性土中，只需當(dāng)水頭梯度超越所謂起始水頭梯度后才開(kāi)場(chǎng)發(fā)生滲流。當(dāng) 水頭梯度i不大時(shí)，浸透速度v為零，只需當(dāng)i i0起始水頭

8、梯度時(shí)，水才開(kāi)場(chǎng)在粘土中滲流。為了簡(jiǎn)化，用折線替代，故粘性土的達(dá)西公式為二、達(dá)西浸透定律二、達(dá)西浸透定律砂土、普通粘土顆粒極細(xì)的粘土0()vk ii只需當(dāng)滲流為層流的時(shí)候才干適用達(dá)西浸透定律。 也就是說(shuō)，對(duì)于比粗砂更細(xì)的土來(lái)說(shuō)，達(dá)西浸透定律普通是適用的; 而對(duì)粗粒土來(lái)講，只需在水力坡降很小的情況下才干適用。當(dāng)流速較小時(shí)，各流層質(zhì)點(diǎn)互不混雜，這種型態(tài)的流動(dòng)叫層流。當(dāng)流速較大時(shí)，各流層質(zhì)點(diǎn)構(gòu)成渦體相互混摻，這種型態(tài)的流動(dòng)叫做紊流。達(dá)西定律的適用范圍達(dá)西定律的適用范圍 影響浸透性的要素影響浸透性的要素浸透系數(shù)k是綜合反映土體浸透才干的一個(gè)目的，其數(shù)值的正確確定對(duì)浸透計(jì)算有著非常重要的意義。影響浸透系

9、數(shù)的要素:影響浸透系數(shù)大小的要素很多，主要取決于土體顆粒的外形、大小、不均勻系數(shù)和水的粘滯性等，要建立計(jì)算浸透系數(shù)k的準(zhǔn)確實(shí)際公式比較困難， 影響砂性土浸透性的主要要素是:顆粒大小、級(jí)配、密度以及土中封鎖氣泡。 土顆粒愈粗，愈渾圓、愈均勻，浸透性愈大。 級(jí)配良好土，細(xì)顆粒填充粗顆粒孔隙中，土體孔隙減小，浸透性變??； 浸透性隨相對(duì)密實(shí)度Dr添加而減小。 土中封鎖氣體不只減少了土體斷面上的過(guò)水通道面積，而且堵塞某些通道，使土體浸透性減小。影響粘性土浸透性的要素比砂性土更為復(fù)雜。粘性土中含有親水性礦物如蒙脫石或有機(jī)質(zhì)時(shí)，由于它們具有很大的膨脹性，就大大降低土的浸透性。含有大量有機(jī)質(zhì)的淤泥幾乎是不透水

10、的。粘性土中假設(shè)土粒的結(jié)合水膜厚度較厚時(shí)，會(huì)阻塞土的孔隙，降低土的浸透性。另外，土體各向異性和應(yīng)力各向異性構(gòu)成了土體浸透性的各向異性。如層狀粘土，由于程度粉細(xì)砂層的存在，使程度向浸透系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于豎直向浸透系數(shù)；西北地域的黃土，具有豎直方向的大孔隙。那么豎直方向的浸透性要比程度方向的大得多?？梢?jiàn)，土的礦物成分、結(jié)合水膜厚度、土的構(gòu)造構(gòu)造以及土中氣體等都影響粘件土的浸透性。影響土浸透性的要素影響土浸透性的要素三、浸透系數(shù)確實(shí)定三、浸透系數(shù)確實(shí)定浸透系數(shù)k通?？山?jīng)過(guò)以下方法測(cè)定：1實(shí)驗(yàn)方法: 實(shí)驗(yàn)室測(cè)定法：常水頭實(shí)驗(yàn)法，適用于透水性大的砂性土 變水頭實(shí)驗(yàn)法，適用于透水性小的無(wú)粘性土 現(xiàn) 場(chǎng) 測(cè)定法：

11、實(shí)測(cè)流速法：色素法、電解質(zhì)法、食鹽法 注水法 抽水法2閱歷方法： 經(jīng) 驗(yàn) 估 算 法 來(lái)確定k值。 實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測(cè)定浸透系數(shù)就原理而言，可分為常水頭實(shí)驗(yàn)和變水頭實(shí)驗(yàn)。一常水頭法是在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，水頭堅(jiān)持不變。常水頭法適用于透水性強(qiáng)的無(wú)粘性土。k 10-3 為細(xì)砂到中等卵石土的浸透系數(shù)：下頁(yè)所示為基馬式浸透儀VlkAht三、浸透系數(shù)確實(shí)定三、浸透系數(shù)確實(shí)定三、浸透系數(shù)確實(shí)定三、浸透系數(shù)確實(shí)定實(shí)驗(yàn)室測(cè)定法實(shí)驗(yàn)室測(cè)定法二變水頭法在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，水頭是隨著時(shí)間而變化的。變水頭法適用于透水性弱的粘性土。透水性較小 10-7 k10-3 粘性土土的浸透系數(shù)：或 下頁(yè)為南55型浸透儀1212ln()ha l

12、kA tth12122.3lg()ha lkA tth三、浸透系數(shù)確實(shí)定三、浸透系數(shù)確實(shí)定三、浸透系數(shù)確實(shí)定三、浸透系數(shù)確實(shí)定實(shí)驗(yàn)室測(cè)定法實(shí)驗(yàn)室測(cè)定法現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定法現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定法有野外注水實(shí)驗(yàn)和抽水實(shí)驗(yàn)等，是在現(xiàn)場(chǎng)鉆井孔或挖試坑，在往地基中注水或抽水時(shí)，量測(cè)地基中的水頭高度和滲流量，再根據(jù)相應(yīng)的實(shí)際公式求出浸透系數(shù)k值。三、浸透系數(shù)確實(shí)定三、浸透系數(shù)確實(shí)定閱歷估算法閱歷估算法1991年 哈森提出用有效粒徑d10計(jì)算較均勻砂土的公式: 1955年，太沙基提出思索土體孔隙比e的閱歷公式:210dK 22102edK三、浸透系數(shù)確實(shí)定三、浸透系數(shù)確實(shí)定天然堆積土往往由浸透性不同的土層所組成。對(duì)于與土層層面平

13、行和垂直的簡(jiǎn)單滲流情況，當(dāng)各土層的浸透系數(shù)和厚度為時(shí)，我們可求出整個(gè)土層與層面平行和垂直的平均浸透系數(shù)，作為進(jìn)展?jié)B流計(jì)算的根據(jù)。成層土的浸透系數(shù)補(bǔ)充成層土的浸透系數(shù)補(bǔ)充平行土層層面方向：如前圖a所示與層面平行的滲流情況。經(jīng)過(guò)整個(gè)土層的總滲流量qx應(yīng)為各土層滲流量之總和，即整個(gè)土層與層面平行的平均滲流系數(shù)為：niixnxxxxqqqqq12111nxiiikk hh成層土的浸透系數(shù)補(bǔ)充成層土的浸透系數(shù)補(bǔ)充垂直土層層面方向：如前圖b所示與層面垂直的滲流情況。經(jīng)過(guò)整個(gè)土層的總滲流量qy應(yīng)為各土層滲流量，即整個(gè)土層與層面垂直的平均滲流系數(shù)為：nyyyyqqqq2112112()ynniinihhkhh

14、hhkkkk成層土的浸透系數(shù)補(bǔ)充成層土的浸透系數(shù)補(bǔ)充一、二向滲流一、二向滲流假設(shè)土是各向同性的假設(shè)土是各向同性的kxkx等于等于kyky，那么，那么上式就是著名的拉普拉斯上式就是著名的拉普拉斯LaplaceLaplace方程，它是描畫(huà)穩(wěn)定滲方程，它是描畫(huà)穩(wěn)定滲流的根本方程式。流的根本方程式。二、流網(wǎng)及其特征二、流網(wǎng)及其特征 就滲流問(wèn)題來(lái)說(shuō)，一組曲線稱(chēng)為等勢(shì)線，在任一條就滲流問(wèn)題來(lái)說(shuō)，一組曲線稱(chēng)為等勢(shì)線，在任一條等勢(shì)線上各點(diǎn)的總水頭是相等的；另一組曲線稱(chēng)為流線，它等勢(shì)線上各點(diǎn)的總水頭是相等的；另一組曲線稱(chēng)為流線，它們代表滲流的方向。等勢(shì)線和流線交錯(cuò)在一同構(gòu)成的網(wǎng)格叫們代表滲流的方向。等勢(shì)線和流線

15、交錯(cuò)在一同構(gòu)成的網(wǎng)格叫流網(wǎng)。流網(wǎng)。2222xy22220(kk0)hhhhxyxy各向異性：2.3 流網(wǎng)及其工程運(yùn)用流網(wǎng)確實(shí)定方法：流網(wǎng)確實(shí)定方法：對(duì)于各向同性的浸透介質(zhì)，流對(duì)于各向同性的浸透介質(zhì)，流網(wǎng)具有以下特征：網(wǎng)具有以下特征：流線與等勢(shì)線彼此正交；流線與等勢(shì)線彼此正交；每個(gè)網(wǎng)格的長(zhǎng)寬比為常數(shù)；每個(gè)網(wǎng)格的長(zhǎng)寬比為常數(shù)；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。2.3 流網(wǎng)及其工程運(yùn)用必需指出：只需滿(mǎn)足邊境條件的那一種流線和等勢(shì)線的組合方式才是方程式 的正確解答。為了求得滿(mǎn)足邊境條件的解答，常用的方法主要有： 1解析法，2數(shù)值法3實(shí)驗(yàn)法4

16、圖解法； 在工程上廣泛運(yùn)用的多為圖解法。該法具有簡(jiǎn)便，迅速的優(yōu)點(diǎn)。流網(wǎng)繪出后，即可求得滲流場(chǎng)中各點(diǎn)的測(cè)管水頭，水力坡降，浸透流速和滲流量。02222yhxh2.3 流網(wǎng)及其工程運(yùn)用1.1.滲流速度計(jì)算滲流速度計(jì)算根據(jù)流網(wǎng)的特性，恣意兩條等勢(shì)線之間的水頭損失相等，設(shè)根據(jù)流網(wǎng)的特性，恣意兩條等勢(shì)線之間的水頭損失相等，設(shè)流網(wǎng)中的等勢(shì)線數(shù)量為流網(wǎng)中的等勢(shì)線數(shù)量為n n，上下游總水頭差為，上下游總水頭差為h h，那么恣意兩，那么恣意兩等勢(shì)線間的水頭差為等勢(shì)線間的水頭差為 式中：式中： 上，下游水位差上，下游水位差 N N 等勢(shì)線間隔數(shù)等勢(shì)線間隔數(shù) n n 等勢(shì)等勢(shì)線數(shù)線數(shù)而所求網(wǎng)格內(nèi)的滲流速度為而所求網(wǎng)

17、格內(nèi)的滲流速度為: :1nNh正確地繪制出流網(wǎng)后，可以用它來(lái)求解滲流量、滲流速度及滲流區(qū)的孔隙水壓力(1)hkhvkiklnl2.3 流網(wǎng)及其工程運(yùn)用2.2.滲流量計(jì)算滲流量計(jì)算由于恣意相鄰兩條流線之間的單位滲流量相等，設(shè)整個(gè)流網(wǎng)由于恣意相鄰兩條流線之間的單位滲流量相等，設(shè)整個(gè)流網(wǎng)中的流線數(shù)量為中的流線數(shù)量為m m，那么單位寬度內(nèi)總的滲流量，那么單位寬度內(nèi)總的滲流量q q為：為：式中：式中： q q 為恣意兩相鄰流線間的單位滲流量，為恣意兩相鄰流線間的單位滲流量，q q、 q q的單的單位為位為m3/d.mm3/d.m，設(shè)網(wǎng)格的過(guò)水?dāng)嗝鎸挾葹?，設(shè)網(wǎng)格的過(guò)水?dāng)嗝鎸挾葹閎 b，網(wǎng)格的滲流速度，網(wǎng)格

18、的滲流速度為為v v，那么，那么而單寬內(nèi)的總滲流量為而單寬內(nèi)的總滲流量為: :(1)qmq1khqv bbnl (1)(1)kh mbqnl2.3 流網(wǎng)及其工程運(yùn)用3.3.孔隙水壓力計(jì)算孔隙水壓力計(jì)算u u 滲流場(chǎng)中各點(diǎn)的孔隙水壓力滲流場(chǎng)中各點(diǎn)的孔隙水壓力u u，等于該點(diǎn)以上測(cè)壓管中，等于該點(diǎn)以上測(cè)壓管中的水柱高度的水柱高度huhu乘以水的容重乘以水的容重ww恣意點(diǎn)的測(cè)壓管水柱高度恣意點(diǎn)的測(cè)壓管水柱高度HiHi可根據(jù)該點(diǎn)所在等勢(shì)線的水可根據(jù)該點(diǎn)所在等勢(shì)線的水頭確定。頭確定。 uwuh2.3 流網(wǎng)及其工程運(yùn)用滲流對(duì)工程的影響：滲流對(duì)工程的影響： 在許多水工建筑物、土壩及基坑工程中，浸透力的大在許

19、多水工建筑物、土壩及基坑工程中，浸透力的大小是影響工程平安的重要要素之一。實(shí)踐工程中，也有過(guò)不少小是影響工程平安的重要要素之一。實(shí)踐工程中，也有過(guò)不少發(fā)生浸透變形流土或管涌的事例，嚴(yán)重的使工程施工中斷，發(fā)生浸透變形流土或管涌的事例，嚴(yán)重的使工程施工中斷，甚至危及臨近建筑物與設(shè)備的平安。因此，在進(jìn)展工程設(shè)計(jì)與甚至危及臨近建筑物與設(shè)備的平安。因此，在進(jìn)展工程設(shè)計(jì)與施工時(shí)，對(duì)浸透力能夠給地基土穩(wěn)定性帶來(lái)的不良后果應(yīng)該具施工時(shí)，對(duì)浸透力能夠給地基土穩(wěn)定性帶來(lái)的不良后果應(yīng)該具有足夠的注重。有足夠的注重。滲流所引起的穩(wěn)定問(wèn)題：滲流所引起的穩(wěn)定問(wèn)題： 土體的部分穩(wěn)定問(wèn)題，又稱(chēng)為浸透變形問(wèn)題土體的部分穩(wěn)定問(wèn)題

20、，又稱(chēng)為浸透變形問(wèn)題 土體的整體穩(wěn)定問(wèn)題土體的整體穩(wěn)定問(wèn)題2.4 土中滲流的作用力及浸透變形一、浸透力一、浸透力浸透力的概念浸透力的概念 水在土中流動(dòng)的過(guò)程中將遭到土阻力的作用，使水頭逐漸水在土中流動(dòng)的過(guò)程中將遭到土阻力的作用，使水頭逐漸損失。同時(shí)，水的浸透將對(duì)土骨架產(chǎn)生拖曳力，導(dǎo)致土體中的損失。同時(shí)，水的浸透將對(duì)土骨架產(chǎn)生拖曳力，導(dǎo)致土體中的應(yīng)力與變形發(fā)生變化。應(yīng)力與變形發(fā)生變化。 浸透力：浸透水流施于單位土體內(nèi)土粒上的拖曳力，也稱(chēng)滲流浸透力：浸透水流施于單位土體內(nèi)土粒上的拖曳力，也稱(chēng)滲流力、動(dòng)水壓力，用力、動(dòng)水壓力，用 f f 表示表示kN/m3kN/m3。2.4 土中滲流的作用力及浸透變

21、形可經(jīng)過(guò)如下的一個(gè)小實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證可經(jīng)過(guò)如下的一個(gè)小實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證當(dāng)容器當(dāng)容器B提升到一定高度，容提升到一定高度，容器器A與容器與容器B內(nèi)水位差到達(dá)一內(nèi)水位差到達(dá)一定值時(shí)，可以看到砂面呈現(xiàn)沸定值時(shí)，可以看到砂面呈現(xiàn)沸騰那樣的景象，這種景象稱(chēng)為騰那樣的景象，這種景象稱(chēng)為流土或浮沖、砂沸。流土或浮沖、砂沸。浸透力浸透力 f 的大小與水力梯度成正比，其作用方向與滲流或流的大小與水力梯度成正比，其作用方向與滲流或流向方向一致，是一種體積力。向方向一致，是一種體積力。2.4 土中滲流的作用力及浸透變形滲流力能否存在？滲流力能否存在？浸透力計(jì)算：浸透力計(jì)算：浸透力的大小與計(jì)算點(diǎn)的位置有關(guān)。根據(jù)對(duì)滲流網(wǎng)中的孔隙水浸

22、透力的大小與計(jì)算點(diǎn)的位置有關(guān)。根據(jù)對(duì)滲流網(wǎng)中的孔隙水壓力和土粒間作用力的分析，得出單位體積內(nèi)土粒遭到的單位壓力和土粒間作用力的分析，得出單位體積內(nèi)土粒遭到的單位浸透力為：浸透力為：式中式中 i 為水力梯度；為水力梯度；w水的容重。水的容重。推導(dǎo)過(guò)程：推導(dǎo)過(guò)程： 先從滲流場(chǎng)中取出一流網(wǎng)網(wǎng)格先從滲流場(chǎng)中取出一流網(wǎng)網(wǎng)格ABCD作為分析單元體，此網(wǎng)格作為分析單元體，此網(wǎng)格長(zhǎng)度為長(zhǎng)度為a，寬度為，寬度為b。如圖。如圖3-10 然后經(jīng)過(guò)分析土中水流然后經(jīng)過(guò)分析土中水流 流動(dòng)過(guò)程中的受力平衡來(lái)計(jì)算單元體流動(dòng)過(guò)程中的受力平衡來(lái)計(jì)算單元體的浸透力的浸透力wfi2.4 土中滲流的作用力及浸透變形 單元體四個(gè)頂點(diǎn)的

23、測(cè)壓管水頭如圖a所示 根據(jù)孔隙水壓力的計(jì)算方法，可以作出單元體上各個(gè)面的孔隙水壓力分布圖，如圖b所示由此可求出平行水流方向的作用力U1、垂直水流方向的作用力U2112()wUhh b2.4 土中滲流的作用力及浸透變形20wUh b設(shè)土粒對(duì)水流的總阻力記為Fs由幾何條件可求得：wwwGVab2.4 土中滲流的作用力及浸透變形水在土中滲流時(shí)還遭到土粒對(duì)水流的阻力和本身的分量GW的作用ahhh12sin0coshb在平行水流方向，運(yùn)用力的平衡條件：1sin0wsUGF12()sinswwFhh bab又由于hbFwsahhh12siniahabFfwwss單位體積內(nèi)土粒遭到的單位滲流力為：2.4 土

24、中滲流的作用力及浸透變形浸透變形浸透變形浸透變形可分為：流土和管涌?jī)煞N根本方式。浸透變形可分為：流土和管涌?jī)煞N根本方式。流土：在滲流作用下部分土體外表隆起，或土粒群同時(shí)起動(dòng)而流土：在滲流作用下部分土體外表隆起，或土粒群同時(shí)起動(dòng)而流失的景象。主要發(fā)生在地基或土壩下游滲流溢出處。滲流流失的景象。主要發(fā)生在地基或土壩下游滲流溢出處。滲流水流將整個(gè)土體帶走水流將整個(gè)土體帶走管涌：在滲流作用下土體中的細(xì)土粒在粗土粒構(gòu)成的孔隙通道管涌：在滲流作用下土體中的細(xì)土粒在粗土粒構(gòu)成的孔隙通道中發(fā)生挪動(dòng)并被帶出的景象。主要發(fā)生在砂礫土中。土體大中發(fā)生挪動(dòng)并被帶出的景象。主要發(fā)生在砂礫土中。土體大顆粒之間的小顆粒被沖

25、出顆粒之間的小顆粒被沖出2.4 土中滲流的作用力及浸透變形流土景象、管涌和臨界水力梯度：流土景象、管涌和臨界水力梯度： 發(fā)生流土的條件為發(fā)生流土的條件為土的臨界水力梯度土的臨界水力梯度 土體抵抗浸透破壞的才干，稱(chēng)為抗?jié)B強(qiáng)度。通常以瀕臨浸土體抵抗浸透破壞的才干，稱(chēng)為抗?jié)B強(qiáng)度。通常以瀕臨浸透破壞時(shí)的水力梯度表示，普通稱(chēng)為臨界水力梯度或抗?jié)B梯度。透破壞時(shí)的水力梯度表示，普通稱(chēng)為臨界水力梯度或抗?jié)B梯度。流土型土的臨界水力梯度流土型土的臨界水力梯度 當(dāng)豎向滲流力等于土體的有效分量時(shí)，土體就處于流土的臨當(dāng)豎向滲流力等于土體的有效分量時(shí)，土體就處于流土的臨界形狀。界形狀。流土的臨界形狀對(duì)應(yīng)的水力梯度為流土的

26、臨界形狀對(duì)應(yīng)的水力梯度為wscrw(1)111sweief土的土體的單位有效重力wi 水力梯度土體的單位有效重力或2.4 土中滲流的作用力及浸透變形流土普通發(fā)生在滲流逸出處，根據(jù)逸出梯度ie： ie icr 流土在設(shè)計(jì)時(shí)，為保證建筑物平安，通常要求將溢出坡降icr限制在允許坡降i之內(nèi)，即在式 i = icr /Fs中，F(xiàn)s為流土平安系數(shù)，常取1.52.5粘性土發(fā)生流土破壞的機(jī)理與無(wú)粘性土不完全一樣，由于前者不只僅是由于滲流力作用的結(jié)果，而且還與土體外表的水化崩解程度即水穩(wěn)性以及滲流出口臨空面的孔徑等要素有關(guān)。ehil2.4 土中滲流的作用力及浸透變形1公式：略2肉眼察看3水力梯度i與流速v之間的變化管涌型土的臨界水力梯度：管涌型土的臨界水力梯度：管涌土的臨界水力梯度可經(jīng)過(guò)公式計(jì)算，也可以經(jīng)過(guò)實(shí)管涌土的臨界水力梯度可經(jīng)過(guò)公式計(jì)算，也