土力學(xué)-第3章(土滲透性及土有效應(yīng)力)

土力學(xué)_第3章(土滲透性及土有效應(yīng)力)第一頁，共28頁?！肮苡俊睗B漏第二頁，共28頁。一、土的滲透性（1）水在壓力坡降作用下穿過土中連通孔隙發(fā)生流動的現(xiàn)象，稱為水的滲透（2）土體被水透過的性能，稱為土的滲透性。（3）土的滲透對工程會產(chǎn)生兩個問題：（a）滲漏問題；（b）滲透穩(wěn)定性問題第三頁，共28頁。二、達(dá)西定律及其適用范圍（1）土中水的滲流①滲流：水在土體孔隙中流動的現(xiàn)象。（清華—土力學(xué)）水流②滲流：水在壓力坡降作用下穿過土中連通孔隙發(fā)生流動的現(xiàn)象。

（馮國棟—土力學(xué)）第四頁，共28頁。水頭：單位重量的水所具有的能量。水力梯度（坡降）：單位流程總水頭的變化總水頭線總水頭＝勢水頭＋壓力水頭＋動水頭最關(guān)心的不是水頭而是水頭差！土中的水沿著流線方向每前進(jìn)Δs的距離，就要有-Δh的水頭損失。第五頁，共28頁。（2）Darcy定律（法國工程師，1856年提出）滲透系數(shù)，單位：cm/sA截面積式中：v—滲透速度(m/s)；

i—水頭（力）梯度；

k—滲透系數(shù)(m/s)；

Q—滲透流量(m3/s)A—截面積。滲透速度水頭梯度滲透流量第六頁，共28頁。（3）Darcy定律適用范圍①（v-i）這種線性關(guān)系，只適用于層流滲透速度大時不適用（臨界速度ver）②對于密實(shí)的粘性土，坡降（i）小

時也不適用（起始坡降io）。砂土和粘性土的滲透規(guī)律砂土和松散粘性土在粗粒土中（礫石、卵石和碎石），滲透速度大，線性關(guān)系不適用。Darcy定律的表達(dá)式為：摘自《清華-土力學(xué)》Darcy定律的表達(dá)式為：第七頁，共28頁。三、滲透系數(shù)測定方法及影響因素（1）測定方法室內(nèi)試驗(yàn)常水頭變水頭>10-3cm/s的砂土滲透系數(shù)測定現(xiàn)場試驗(yàn)注水試驗(yàn)抽水試驗(yàn)<10-3cm/s的粉土和粘土第八頁，共28頁。常水頭試驗(yàn)示意圖①常水頭滲透試驗(yàn)故，滲透系數(shù)為：

截面積為A，流徑L；壓力水頭維持不變；試驗(yàn)開始時，水自上而下流經(jīng)土樣；待滲流穩(wěn)走后，測得水量Q；同時讀得a、b兩點(diǎn)水頭差h。則得：abk>10-3cm/s的砂土第九頁，共28頁。常水頭試驗(yàn)裝置第十頁，共28頁。土樣的截面積A，高度為L儲水管截面積為a試驗(yàn)開始儲水管水頭為h0經(jīng)過時間t后降為h1時間dt內(nèi)水頭降低dh，水量為：

變水頭滲透試驗(yàn)示意圖

②變水頭滲透試驗(yàn)另外：

k<10-3cm/s的粉土和粘土第十一頁，共28頁。流入和流出相等：由此求得滲透系數(shù)：整理并積分得即第十二頁，共28頁。

變水頭滲透試驗(yàn)裝置第十三頁，共28頁。③現(xiàn)場抽水（注水）試驗(yàn)（摘自：清華—土力學(xué)，p44）（？）第十四頁，共28頁。（a）強(qiáng)透水層：K>10-3cm/s（b）中等透水層：K＝

10-3～10-5cm/s（c）弱透水層（相對不透水層）：K<10-6cm/s滲透系數(shù)參考值（來源？）④利用滲透系數(shù)判斷土層的透水性第十五頁，共28頁。（2）影響因素

土顆粒的粒徑、級配和礦物成分（大）土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造孔隙比或孔隙率（大）水的動力粘滯度土的飽和度？d10—含量小于10%的粒徑，cm；c—經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，40-150之間。（摘自：清華-土力學(xué)）第十六頁，共28頁。（3）層狀土的滲透性x方向的平均滲透系數(shù)KxyacoxbHH1H2H3k1k2k3Ay方向的平均滲透系數(shù)Ky水平方向由最大的一層滲透系數(shù)決定，垂直方向由最小的一層滲透系數(shù)決定。第十七頁，共28頁。四、滲流作用下土的應(yīng)力狀態(tài)（摘自：土力學(xué)—馮國棟，p39）（1）靜水條件下土的有效應(yīng)力與中性應(yīng)力aa點(diǎn)的總應(yīng)力a點(diǎn)的靜水壓強(qiáng)a點(diǎn)的有效應(yīng)力孔隙水壓力，也叫中性應(yīng)力土的強(qiáng)度和變形的變化都只取決于有效應(yīng)力的變化而不是總應(yīng)力。（清華-土力學(xué)，96頁）第十八頁，共28頁。（2）滲透力12Hha定義：單位土體內(nèi)土顆粒所受的滲流作用力為滲透力j。

體積力，單位：kn/m3

滲流流過土體，土顆粒對水流產(chǎn)生阻力，造成水頭損失h。公式推導(dǎo)請見清華—土力學(xué)，p56-57第十九頁，共28頁。（B）滲流向上時的a點(diǎn)有效應(yīng)力12Hha（3）滲流作用下土的有效應(yīng)力（A）滲流向下流動時的a點(diǎn)有效應(yīng)力12Hha滲透力J第二十頁，共28頁。流土示意圖五、滲流對工程穩(wěn)定性造成的破壞滲透變形（1）主要有：流沙（土）和管涌第二十一頁，共28頁。

（2）定義及產(chǎn)生的條件流土：在向上的滲透水流作用下，表層土均布范圍內(nèi)的土體或顆粒群同時發(fā)生懸浮、移動的現(xiàn)象。

管涌：在滲流水流作用下，土中的細(xì)顆粒在粗顆粒形成的孔隙中移動，以至流失；隨著土的孔隙不斷擴(kuò)大，滲透流速不斷增加，較粗的顆粒也相繼被水流逐漸帶走，最終導(dǎo)致土體內(nèi)形成貫通的滲流管道，造成土體坍塌。向上滲流第二十二頁，共28頁。12Hha①流沙（土）臨界坡降臨界坡降icr：使土體開始產(chǎn)生破壞（滲透變形）的水力坡降滲透變形發(fā)生的條件內(nèi)因：土的顆粒與結(jié)構(gòu)（幾何條件）；

外因：水力條件，作用于土體滲透力的大小。向下的重力向上的滲透力J第二十三頁，共28頁。②管涌的臨界坡降通過經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)總結(jié)得出管涌的臨界坡降：

其中，d－為被沖動的細(xì)顆粒粒徑，一般小于d5－d3，單位cm；

n－為砂礫料的孔隙率；

k－為砂礫料的滲透系數(shù)，單位cm/s。第二十四頁，共28頁。六、流網(wǎng)及工程中的滲流場計(jì)算流線等勢線（水頭相等）（1）流網(wǎng)：將水流和水頭用實(shí)線（流線）或虛線（等勢線）繪制出來，形成網(wǎng)格狀的圖形，表示土體中的滲流場。浸