巖土力學(xué)教案：第二章 土的滲透性與滲透問題

1、教案表頭第二章土的滲透性和滲透問題課堂教學(xué)實(shí)踐教學(xué)課時(shí)32內(nèi)容提要1達(dá)西定律；2滲透系數(shù)及其確定方法；3滲透力和滲透變形；4滲流工程問題與處理措施。能力培養(yǎng)要求1掌握水在土中滲透的基本規(guī)律，掌握滲透系數(shù)確定方法；2領(lǐng)會(huì)滲透力和滲透變形的概念；3了解滲流工程問題與處理措施。教學(xué)形式教師主講、課堂討論、學(xué)生講評、提問答疑、工程案例分析等日期班級課室時(shí)間90min復(fù)習(xí)舊課時(shí)間min新課題目第一節(jié) 達(dá)西定律第二節(jié) 滲透系數(shù)及其確定方法教學(xué)目標(biāo)1熟悉達(dá)西定律2領(lǐng)會(huì)測定土的滲透系數(shù)原理3了解滲透力與臨界水力坡降的定義4熟悉滲透變形的類型及特點(diǎn)教學(xué)輔助資料多媒體課件、三角板等教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)及安排第一節(jié) 達(dá)西定

2、律【基本內(nèi)容】滲透在水位差作用下，水透過土體孔隙的現(xiàn)象。滲透性土具有被水透過的性能。一、達(dá)西定律v=ki =k 或用滲流量表示為q=vA=kiA 式中 v滲透速度，cm/s或m/d；q滲流量，cm3/s或m3/d；i =h/L水力坡降（水力梯度），即沿滲流方向單位距離的水頭損失，無因次；h試樣兩端的水頭差，cm或m； PAGE 1L滲徑長度；cm或m；k滲透系數(shù)，cm/s或m/d；其物理意義是當(dāng)水力梯度i等于1時(shí)的滲透速度；A試樣截面積，cm2或m2。【注意】由上式求出的v是一種假想的平均流速，假定水在土中的滲透是通過整個(gè)土體截面來進(jìn)行的。水在土體中的實(shí)際平均流速要比達(dá)西定律采用的假想平均流速

3、大。二、達(dá)西定律的適用范圍與起始水力坡降對于密實(shí)的粘土：由于結(jié)合水具有較大的粘滯阻力，只有當(dāng)水力梯度達(dá)到某一數(shù)值，克服了結(jié)合水的粘滯阻力后才能發(fā)生滲透。起始水力梯度使粘性土開始發(fā)生滲透時(shí)的水力坡降。(a) 砂土 (b) 密實(shí)粘土 (c)礫石、卵石粘性土滲透系數(shù)與水力坡降的規(guī)律偏離達(dá)西定律而呈非線性關(guān)系，如圖（b）中的實(shí)線所示，常用虛直線來描述密實(shí)粘土的滲透規(guī)律。 (2-3)式中 ib密實(shí)粘土的起始水力坡降；對于粗粒土中（如礫、卵石等）：在較小的i下，v與i才呈線性關(guān)系，當(dāng)滲透速度超過臨界流速vcr時(shí)，水在土中的流動(dòng)進(jìn)入紊流狀態(tài)，滲透速度與水力坡降呈非線性關(guān)系，如圖（c）所示，此時(shí)，達(dá)西定律不能

4、適用。第二節(jié) 滲透系數(shù)及其確定方法【基本內(nèi)容】一、滲透試驗(yàn)1常水頭試驗(yàn)常水頭試驗(yàn)適用于透水性大（k10-3cm/s）的土，例如砂土。常水頭試驗(yàn)就是在整個(gè)試驗(yàn)過程中，水頭保持不變。試驗(yàn)時(shí)測出某時(shí)間間隔t內(nèi)流過試樣的總水量V，根據(jù)達(dá)西定律 PAGE 2即 2變水頭試驗(yàn)粘性土由于滲透系數(shù)很小，流經(jīng)試樣的總水量也很小，不易準(zhǔn)確測定。因此，應(yīng)采用變水頭試驗(yàn)。變水頭試驗(yàn)就是在整個(gè)試驗(yàn)過程中，水頭隨時(shí)間而變化的一種試驗(yàn)方法。利用數(shù)學(xué)方法可得到滲透系數(shù)如用常用對數(shù)表示，上式可寫為 二、影響滲透系數(shù)的因素【討論】上述因素對滲透系數(shù)的影響三、成層土的滲透系數(shù)1平行層面滲透系數(shù)【討論】對于成層土，如果各土層的厚度大

5、致相近，而滲透性卻相差懸殊時(shí)，與層向平行的平均滲透系數(shù)將取決于最透水層的厚度和滲透性。2垂直層面滲透系數(shù) 【討論】對于成層土，如果各土層的厚度大致相近，而滲透性卻相差懸殊時(shí)，與層面垂直的平均滲透系數(shù)將取決于最不透水層的厚度和滲透性。 【例題先自習(xí)后講解】 【例2-1】 設(shè)做變水頭滲透試驗(yàn)的粘土試樣的截面積為302，厚度為4cm，滲透儀細(xì)玻璃管的內(nèi)徑為0.4cm，試驗(yàn)開始時(shí)的水位差為160cm，經(jīng)時(shí)段15分觀察得水位差為52cm，試驗(yàn)時(shí)的水溫為30，試求試樣的滲透系數(shù)?！窘忸}思路】熟悉變水頭公式計(jì)算k20第三節(jié) 滲透力和滲透變形【基本內(nèi)容】 PAGE 3一、滲透力和臨界水力坡降1滲透力滲透力水在

6、土體中流動(dòng)時(shí)，滲透水流施加于單位土粒上的拖曳力。 滲透力的特點(diǎn) 【討論】滲透力對土體穩(wěn)定的影響2臨界水力坡降使土體開始發(fā)生滲透變形的水力坡降。設(shè)計(jì)時(shí)，將滲流逸出處的水力坡降控制在允許坡降i內(nèi)，即ii二、滲透變形滲透水流將土體的細(xì)顆粒沖走、帶走或局部土體產(chǎn)生移動(dòng)，導(dǎo)致土體變形，這類問題稱為滲透變形問題。1滲透變形的基本形式2流土的特點(diǎn)：發(fā)生于地基或土壩下游滲流出逸處，而不發(fā)生于土體內(nèi)部。開挖基坑或渠道時(shí)常常遇到的流砂現(xiàn)象，就屬于流土破壞。細(xì)砂、粉砂、淤泥等較易發(fā)生流土破壞。3管涌的特點(diǎn)：既可以發(fā)生在土體內(nèi)部，也可以發(fā)生在滲流出口處。它的發(fā)展一般有個(gè)時(shí)間過程，是一種漸進(jìn)性的破壞。管涌的臨界水力梯度

7、icr一般通過試驗(yàn)確定?！竟こ探?jīng)驗(yàn)】粘性土由于粒間具有粘聚力，連結(jié)較緊，常不出現(xiàn)管涌而只發(fā)生流土破壞；不均勻系數(shù)Cu10的勻粒砂土，在一定的水力梯度下，局部地區(qū)較易發(fā)生流土破壞；對Cu10的砂和礫石、卵石，分兩種情況。當(dāng)孔隙中細(xì)粒含量較少（小于30%）時(shí)，只要較小的水力坡降，就足以推動(dòng)這些細(xì)粒發(fā)生管涌。如它們的孔隙中細(xì)粒增多，以至塞滿全部孔隙（此時(shí)細(xì)料含量約為30%35%），便不出現(xiàn)管涌而會(huì)發(fā)生流土現(xiàn)象?！咎釂柎鹨伞俊颈敬握n小結(jié)】1達(dá)西定律2測定滲透系數(shù)的方法3滲透力與滲透變形【復(fù)習(xí)思考】達(dá)西定律的適用條件有哪些？ PAGE 42實(shí)驗(yàn)室測定滲透系數(shù)的方法有哪兩種？它們分別適用于什么情況？3何謂

8、滲透力？其大小、方向、單位如何？4滲透變形的基本形式有分哪兩種？它們分別有什么特征？【課后作業(yè)】課后反饋意見 PAGE 5教案表頭：日期班級課室時(shí)間45min復(fù)習(xí)舊課上節(jié)課主要內(nèi)容及反饋信息時(shí)間min新課題目第四節(jié) 滲流工程問題與處理措施習(xí)題復(fù)習(xí)課教學(xué)目標(biāo)1了解常見工程滲流問題及其處理措施2系統(tǒng)復(fù)習(xí)全章內(nèi)容3提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、提高學(xué)生解決問題能力教學(xué)輔助資料多媒體課件及相關(guān)工程資料教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)及安排第四節(jié) 滲流工程問題與處理措施【基本內(nèi)容】一、滲流工程問題1地下水的浮托作用2地下水的潛蝕作用3流砂 4基坑突涌二、防滲處理措施1水工建筑物滲流處理措施 水工建筑物的防滲工程措施一般以“上堵下疏”

9、為原則，上游截滲、延長滲徑，下游通暢滲透水流，減小滲透壓力，防止?jié)B透變形。垂直截滲 垂直截滲墻、帷幕灌漿、板樁等都屬于垂直截滲。設(shè)置水平鋪蓋 上游設(shè)置水平鋪蓋，延長水流滲透路徑。設(shè)置反濾層在水工建筑物下游設(shè)置反濾層，既可通暢水流，又起到保護(hù)土體、防止細(xì)粒流失而產(chǎn)生滲透變形。排水減壓為減小下游滲透壓力，常常在水工建筑物下游、基坑開挖時(shí)，設(shè)置減壓井或深挖排水槽。【工程實(shí)例】【討論】采用上述措施的原理2基坑開挖防滲措施工程降水可采用明溝排水和井點(diǎn)降水的方法人工降低地下水位。設(shè)置板樁沿坑壁打入板樁，它一方面可以加固坑壁，同時(shí)增加了地下水的滲流路徑，減小水力 PAGE 6坡降。水下挖掘在基坑或沉井中用機(jī)械在水下挖掘，避免因排水而造成流砂的水頭差。為了增加砂的穩(wěn)定性，也可向基坑中注水，并同時(shí)進(jìn)行挖掘?；娱_挖防滲措施還有凍結(jié)法、化學(xué)加固法、爆炸法等。習(xí)題復(fù)習(xí)課【學(xué)生講臺解答作業(yè)】【學(xué)生互評】【教師點(diǎn)評】【工程防滲實(shí)例簡介】【提問答疑】【本章小結(jié)】1層流狀態(tài)，水在土中的滲透速度與試樣的水力梯度（或水力坡降）成正比；2常水頭試驗(yàn)適用于透水性大（k1