土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律

10/10土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律第二章土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律

學(xué)習(xí)指導(dǎo)

內(nèi)容簡(jiǎn)介

土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

教學(xué)目標(biāo)

掌握土的滲透定律與滲透力計(jì)算方法，具備對(duì)地基滲透變形進(jìn)行正確分析的能力。學(xué)習(xí)要求

1、掌握土的滲透定律、掌握二維滲流及流網(wǎng)繪制

2．掌握土中滲流量計(jì)算

3.掌握土中水的滲透力與地基滲透變形分析

基本概念：

滲透與滲透性、達(dá)西定律、流線(xiàn)、等勢(shì)線(xiàn)、流網(wǎng)、流土、管涌。

學(xué)習(xí)內(nèi)容：

第一節(jié)概述

第二節(jié)土的滲透性

第三節(jié)二維滲流與流網(wǎng)

第四節(jié)滲透力與滲透變形

學(xué)時(shí)安排：

第一節(jié)0.5學(xué)時(shí)

第二節(jié)2.0學(xué)時(shí)

第三節(jié)1.5學(xué)時(shí)

第四節(jié)1.5學(xué)時(shí)

主要內(nèi)容

第一節(jié)概述

土是由固體相的顆粒、孔隙中的液體和氣體三相組成的，而土中的孔隙具有連續(xù)的性質(zhì)，當(dāng)土作為水土建筑物的地基或直接把它用作水土建筑物的材料時(shí)，水就會(huì)在水頭差作用下從水位較高的一側(cè)透過(guò)土體的孔隙流向水位較低的一側(cè)。

滲透：在水頭差作用下，水透過(guò)土體孔隙的現(xiàn)象

滲透性：土允許水透過(guò)的性能稱(chēng)為土的滲透性。

水在土體中滲透，一方面會(huì)造成水量損失，影響工程效益；另一方面將引起土體內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)的變化，從而改變水土建筑物或地基的穩(wěn)定條件，甚者還會(huì)釀成破壞事故。此外，土的滲透性的強(qiáng)弱，對(duì)土體的固結(jié)、強(qiáng)度以及工程施工都有非常重要的影響。本章將主要討論水在土體中的滲透性及滲透規(guī)律，以及滲透力滲透變形等問(wèn)題。

第二節(jié)土的滲透性

一、土的滲透規(guī)律——達(dá)西定律

1、滲流中的總水頭與水力坡降

液體流動(dòng)的連續(xù)性原理：（方程式）：

dwvdwvww??=2211，則：2211vwvw=，1

221wwvv=表明：通過(guò)穩(wěn)定總流任意過(guò)水?dāng)嗝娴牧髁渴窍嗟鹊模换蛘哒f(shuō)是穩(wěn)定總流的過(guò)水?dāng)嗝娴钠骄魉倥c過(guò)水?dāng)嗝娴拿娣e成反比。

前提：流體是連續(xù)介質(zhì)，流體是不可壓縮的；流體是穩(wěn)定流，且流體不能通過(guò)流面流進(jìn)或流出該元流。

理想重力的能量方程式（伯努利方程式1738年瑞士數(shù)學(xué)家應(yīng)用動(dòng)能定理推導(dǎo)出來(lái)的。）

cg

vrpZ=++22

飽和土體空隙中的滲透水流，也遵從伯努利方程，并用水頭的概念來(lái)研究水體流動(dòng)中的位能和動(dòng)能。

水頭：實(shí)際上就是單位重量水體所具有的能量。

按照伯努利方程，液流中一點(diǎn)的總水頭h，可以用位置水頭Z，壓力水頭U/rw和流速水

頭V2

/2g之和表示，即：gvruZhw22

++=此方程式中各項(xiàng)的物理意義均代表單位重量液體所具有的各種機(jī)械能，而其量綱都是長(zhǎng)度。

教材圖22表示滲流在水中流經(jīng)A，B兩點(diǎn)時(shí)，各種水頭的相互關(guān)系。

按照公式（4－1），A,B兩點(diǎn)的總水頭可分別表示為：

gvruZhAwAAA22++=，g

vruZhBwBBB22++=，hhhBA?+=式中：

ZA，ZB：為A，B，兩點(diǎn)相對(duì)于任意選定的基準(zhǔn)面的高度，代表單位重量液體所具有的位能（位置高度）故稱(chēng)Z為位置水頭。

UA，UB：為A，B兩點(diǎn)的水壓力（空隙水壓力）。代表單位重量液體所具有的壓力勢(shì)能，而UA/rw，UB/rw則代表A，B兩點(diǎn)空隙水壓力的水柱高度。故稱(chēng)U/rw為壓力水頭。VA，VB：為A，B兩點(diǎn)的滲流速度。g為重力加速度。V2/2g即代表單位重量液體所具有的動(dòng)能，故稱(chēng)V2/2g為流速水頭。

HA,hB：為A，B兩點(diǎn)的單位重量液體所具有的機(jī)械能，故稱(chēng)之為總水頭。

?h：為A，B兩點(diǎn)之間的總水頭差，代表單位重量液體從A點(diǎn)向B點(diǎn)流動(dòng)時(shí)，為克服阻力而損失的能量。此外，w

ruz+稱(chēng)為測(cè)管水頭，代表單位重量液體所具有的總勢(shì)能。當(dāng)土中滲流阻力大時(shí)，V一般都很小，形成的流速水頭V2/2g更小，可不計(jì)，這時(shí)，總水頭h,可用測(cè)管水頭來(lái)代替，即：w

ruZh+=A、B兩點(diǎn)間的水頭損失，可用無(wú)量綱的形式來(lái)表示，即：lhi?=

i：水力坡降

L：為A，B兩點(diǎn)間的滲流途徑水頭損失h1的滲流長(zhǎng)度。

2、滲透試驗(yàn)與達(dá)西定律

土體中空隙的形狀和大小是極不規(guī)則的，因而水在土體空隙中的滲透是一種十分復(fù)雜的現(xiàn)象，由于土體中的空隙一般非常微小，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)狀態(tài)大多屬于層流。

1956年，達(dá)西利用圖2－5(教材P40)所示試驗(yàn)裝置，對(duì)砂土的滲流性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)水在土中的滲流速度與試樣兩端面間的水頭差成正比，而與滲流長(zhǎng)度成反比，于是他把滲流速度表示為：

Kil

hKv=?=或KiAvAQ==這就是著名的達(dá)西定律，

式中V：表示斷面平均滲透速度，單位：mm/s

K：滲透系數(shù)，（mm/s）其物理意義是當(dāng)水力坡降i=1時(shí)的滲透速度。

達(dá)西定律說(shuō)明：（1）在層流狀態(tài)的滲流中，滲流速度V與水力坡降的一次方成正比，并與土的性質(zhì)有關(guān)。

或：砂土的滲透速度與水力坡降呈線(xiàn)性關(guān)系。（2）但對(duì)于密實(shí)的粘土，由于吸著水具有較大的粘滯阻力，因此只有當(dāng)水力坡降達(dá)到某一數(shù)值，克服了吸著水的粘滯阻力以后，才能發(fā)生滲透。我們將這一開(kāi)始滲透時(shí)的水力坡降稱(chēng)為粘性土的起始水力坡降i.

試驗(yàn)資料表明，密實(shí)的粘土不但存在起始水力坡降，而且當(dāng)水力坡降超過(guò)起始坡降后，滲透速度與水力坡降的規(guī)律還偏離達(dá)西定律而呈線(xiàn)性關(guān)系。

)(0iiKv-=

式中：0i指密實(shí)粘土的起始水力坡降。

此外，試驗(yàn)也表明，在粗顆粒土中（如礫石，卵石），只見(jiàn)在小的水力坡降下，滲透速度與水力坡降才能呈線(xiàn)性關(guān)系，而在較大的水力坡降下，水在土中的流動(dòng)即進(jìn)入紊流狀態(tài)，滲透速度與水力坡降呈非線(xiàn)性關(guān)系，此時(shí)達(dá)西定律不能適用。

二、滲透系數(shù)的測(cè)定和影響因素

1、滲透系數(shù)的測(cè)定方法

主要分現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和室內(nèi)試驗(yàn)兩大類(lèi)，一般說(shuō)，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)比室內(nèi)試驗(yàn)所得到的成果要準(zhǔn)確可靠。

試坑注水實(shí)測(cè)流速法：色素法、電解質(zhì)法、食鹽法：非飽和土

水位恢復(fù)法

現(xiàn)場(chǎng)滲透實(shí)驗(yàn)抽水法：降低水位法：平衡法，不平衡法：飽和土

常水頭試驗(yàn)：透水性大的砂性土

室內(nèi)滲透實(shí)驗(yàn)變水頭試驗(yàn)：透水性小的無(wú)粘性土

：

2、影響滲透系數(shù)的因素

滲透系數(shù)是一個(gè)代表土的滲透性強(qiáng)弱的定量指標(biāo)，也是滲透計(jì)算時(shí)必須用到的一個(gè)基本參數(shù)。影響滲透系數(shù)的主要有：

①土的粒度成分和礦物成分的影響：

土的顆粒大小，形狀及級(jí)配，影響土中空隙大小及形狀，因而影響滲透性。土粒越粗，越渾園，越均勻時(shí)，滲透性就大。砂土中含有較多粉土，或粘土顆粒時(shí)，其滲透系數(shù)就大大降低。土中含有親水性較大的粘土礦物或有機(jī)質(zhì)時(shí)，也大大降低土的滲透性。

②孔隙比對(duì)滲透系數(shù)的影響

由e=Vv/Vs可知，孔隙比e越大，Vv越大，滲透系數(shù)越大，而孔隙比的影響，主要決定于土體中的孔隙體積，而孔隙體積又決定于孔隙的直徑大小，決定于土粒的顆粒大小和級(jí)配。③土的結(jié)構(gòu)構(gòu)造的影響

天然土層通常不是各向同性的，在滲透性方面往往也是如此。如黃土特別是具濕陷性黃土，具有豎直方向的滲透系數(shù)要比水平方向大得多。層狀粘土常夾有薄的粉砂層，它在水平方向

的滲透系數(shù)要比豎直方向大得多。

④結(jié)合水膜厚度的影響

粘性土中若土粒的結(jié)合水膜較厚時(shí)，會(huì)阻塞土的孔隙，降低土的滲透性。

⑤土中氣體的影響

當(dāng)土孔隙中存在密閉氣泡時(shí)，會(huì)阻塞水的滲流，從而降低了的滲透性。這種密閉氣泡有時(shí)是由溶解于水中的氣體分離而形成的，故水的含水量也影響土的滲透系數(shù)。

影響因素：水溫，試驗(yàn)表明，K與滲透液體的容重rw及粘滯系數(shù)有關(guān)；水溫不同，rw相差不大，但粘滯系數(shù)變化較大，水溫升高，粘滯系數(shù)降低，K增大.

⑥此外，滲透水的性質(zhì)對(duì)K值的影響。

三、層狀地基的等效滲透系數(shù)

天然沉積土往往是由滲透性不同的土層所組成。對(duì)于與土層層面平行和垂直的簡(jiǎn)單滲流情況，當(dāng)各土層的滲透系數(shù)和厚度為已知時(shí)，我們可求出整個(gè)土層與層面平行和垂直的平均滲透系數(shù)，作為滲流計(jì)算的依據(jù)。

1、水平滲流情況

已知地基內(nèi)各層土的滲透系數(shù)分別為K1，K2，K3,……Kn，厚度分別為H1，H2，……Hn，總厚度為H。

任取兩水流斷面1－1，2－2；兩斷面距離為L(zhǎng)，水頭損失為h?,這種平行于各層面的水平滲流的特點(diǎn)是：

1.各土層的水力坡降I(=h1/L)與等效土層的平均水力坡降之相同。

2.若通過(guò)各土層的滲流量為q1x,q2x,……qnx，則通過(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：

∑==+++=n

iixnxxxqqqqqx121

將達(dá)西定律代入上式，可得

∑∑===?=n

iniKiHiiiHiKiKxiH11(kx等效滲透系數(shù))

消去之后，即可得出沿水平方向的等效滲透系數(shù)Kx

∑==n

iKiHiHKx11

2、豎直滲流情況

對(duì)于與層面垂直的滲流的情況如圖2－13b(教材P47)所示，我們可用類(lèi)似的方法來(lái)求解。

∑==niKi

HiHKy1)(注意：在實(shí)際工程中，選用等效滲透系數(shù)時(shí)，一定要注意水流的方向，選擇正確的等效滲透系數(shù)。

四．達(dá)西定律適用范圍

（1）只適用于層流狀態(tài)：砂類(lèi)土，粉土，疏松的粘土

（2）對(duì)于密實(shí)的粘土：

（3）對(duì)于某些粗粒土：

第三節(jié)二維滲流與流網(wǎng)

上述滲流屬簡(jiǎn)單邊界條件下的單向滲流，只要滲透介質(zhì)的滲透系數(shù)和厚度以及兩端的水頭或水頭差為已知，介質(zhì)內(nèi)的流動(dòng)特征均可根據(jù)達(dá)西定律確定。然而，在工程上遇到的滲流問(wèn)題，邊界條件要復(fù)雜得多，水流形態(tài)往往是二向或三向的，如圖2－14(見(jiàn)教材P49)，這時(shí)，介質(zhì)內(nèi)的流動(dòng)特性常逐點(diǎn)不同，并且只能以微分方程的形式表示，然后根據(jù)邊界條件進(jìn)行求解。

一、穩(wěn)定滲流場(chǎng)中的拉普拉斯方程

設(shè)從穩(wěn)定滲流場(chǎng)中任取一微分單元土體，其面積為dxdy，如圖若單位時(shí)間內(nèi)在x方向流入單元體的水量為qx，流出的水量為qx+dxx

qx??，在y方向流入的水量為qy，流出的水量為dyyqqy

y??+。

假定在滲流作用下單元的體積保持不變，水又是不可壓縮的，則單位時(shí)間內(nèi)流入單元體的總水量必等于流出的總水量，即

qx+qy=(qx+dxxqx??)+(dyy

qqyy??+)即dxxqx??＋dyy

qy??＝0根據(jù)達(dá)西定律，qx=Kxixdy,qy=Kxiydx；其中x和y方向的水力坡降分別為：

ix=xH??，iy=y

H??,將上列關(guān)系式代入上式中并經(jīng)簡(jiǎn)化后可得：Kx22yH??+Ky22y

H??=0這就是各向異性土在穩(wěn)定滲流時(shí)的連續(xù)方程。

式中：Kx，Ky分別為x和y方向的滲透系數(shù)

H總水頭或測(cè)壓管水頭。

如果土是各向同性的，即kx=ky,則上式可改寫(xiě)成

22xH??＋22y

H??＝0這就是著名的拉普拉斯方程，它是描述穩(wěn)定滲流的基本方程式。

二、流網(wǎng)的特征及應(yīng)用

眾所周知，滿(mǎn)足拉普拉斯方程的將是兩組彼此正交的曲線(xiàn)。就滲流而言，一組曲線(xiàn)稱(chēng)為等式線(xiàn)，在任一條等勢(shì)線(xiàn)上各點(diǎn)的勢(shì)能是相等的，或者說(shuō)，在同一條等式線(xiàn)上的測(cè)壓水位都是同高的，

另一組曲線(xiàn)稱(chēng)為流線(xiàn)，它們代表滲流的方向。

但必須指出，只有滿(mǎn)足邊界條件的那一種流線(xiàn)和等勢(shì)線(xiàn)的組合形式才是方程式22xH??＋22y

H??＝0的正確解答。流網(wǎng)即為一族流線(xiàn)和等勢(shì)線(xiàn)交織而成的網(wǎng)格，根據(jù)水力學(xué)，具有下列特征：

(1)流線(xiàn)和等勢(shì)線(xiàn)彼此正交；

(2)每個(gè)網(wǎng)格的長(zhǎng)寬比值為常數(shù)，這時(shí)的網(wǎng)格就成為正方形或曲線(xiàn)正方形；

(3)相鄰等勢(shì)線(xiàn)的水頭損失相等；

(4)各流糟的滲流量相等。

為了求得滿(mǎn)足邊界條件的解答，常用的方法主要有（1）解析法，（2）數(shù)值法（3）實(shí)驗(yàn)法（4）圖解法；在工程上廣泛應(yīng)用的多為圖解法。該法具有簡(jiǎn)便，迅速的優(yōu)點(diǎn)。

但不論采用那種方法求解，其最后結(jié)果通常均可用流網(wǎng)表示。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，滲透流速和滲流量。

1、測(cè)管水頭水頭損失1

-?H=?H=?nNh式中：?H：上，下游水位差，N：等勢(shì)線(xiàn)間隔數(shù)，n：等勢(shì)線(xiàn)數(shù)，h?：每一條等勢(shì)線(xiàn)間隔所消耗的水頭，從而可求流網(wǎng)中任一點(diǎn)的測(cè)管水頭zhhu+=

2、孔隙水壓力u

滲流場(chǎng)中各點(diǎn)的孔隙水壓力，等于該點(diǎn)以上測(cè)壓管中的水柱高度hu乘以水的容重rw

wurhu?=

3、水力坡降

流網(wǎng)中的任意網(wǎng)格的平均水力坡降：l

hi??=l?為該網(wǎng)格處流線(xiàn)的平均長(zhǎng)度，可見(jiàn)l?減小則流網(wǎng)網(wǎng)格越密。

4、滲透速度

各點(diǎn)的水力坡降已知后，滲透速度的大小可根據(jù)達(dá)西定律求出：即V＝Ki，其方向?yàn)榱骶€(xiàn)的切線(xiàn)方向。

5、滲透流量單寬流量：sl

hKq???=?當(dāng)sh?=?時(shí)，hKq?=?即相鄰流線(xiàn)間的單寬流量相等。

通過(guò)壩下滲流區(qū)的總單流量：

∑?=?=?=hMKqMqq

M為流網(wǎng)中的流槽數(shù)，M＝流線(xiàn)數(shù)－1

通過(guò)壩底的總滲流量：hlMKqlQ?==

l：為壩基長(zhǎng)度

6、各向異性土中的流網(wǎng)

當(dāng)Kx＝Ky時(shí)，22xH??＋22y

H??＝0但對(duì)各向異性土，即Kx≠Ky時(shí)，Kx22xH??＋Ky22y

H??＝0普通式

該式已不是拉普拉斯方程，其解也不是兩族正交曲線(xiàn)而是斜交曲線(xiàn)。

將上式兩邊同除以Ky,得

2

2)(xKx

KyH??＋22yH??＝0令：xKxKyx='，則：22'xH??＋22yH??＝0

可見(jiàn)：對(duì)于各向異性土，只要把水平坐標(biāo)x乘以比例尺KxKy轉(zhuǎn)換新坐標(biāo)x’，同時(shí)保持y的比例尺不變，就會(huì)按各向同性土來(lái)處理。由此繪得的流網(wǎng)稱(chēng)變態(tài)流網(wǎng)。利用變態(tài)正交流網(wǎng)求滲流量：

hKqe?=?，hMKeq?=，KxKyKe=（等效滲透系數(shù)）

第四節(jié)滲透力和滲透變形

滲流所引起的變形（穩(wěn)定）問(wèn)題一般可歸結(jié)為兩類(lèi)：

一類(lèi)是土體的局部穩(wěn)定問(wèn)題。這是由于滲透水流將土體中的細(xì)顆粒沖出，帶走或局部土體產(chǎn)生移動(dòng)，導(dǎo)致土體變形而引起的滲透變形。

另一類(lèi)是整體穩(wěn)定問(wèn)題。這是在滲流作用下，整個(gè)土體發(fā)生滑動(dòng)或坍塌。

一、滲透力

水在土體中流動(dòng)時(shí)，將會(huì)引起水頭的損失，而這種損失是由于水在土體孔隙中流動(dòng)時(shí)，力圖拖曳土粒時(shí)而消耗能量的結(jié)果。我們將滲透水流施于單位土體內(nèi)土粒上的拖曳力稱(chēng)為滲透力。

1.滲透力演示試驗(yàn)

由教材圖可知:

(1)當(dāng)A與B水平平齊時(shí)，則無(wú)滲流發(fā)生;

(2)若將B提升，則B內(nèi)的水就透過(guò)砂樣A從溢水口流出。提得越高，水流越快。

(3)當(dāng)B提升到某一高度時(shí)，可看到砂土出現(xiàn)像沸騰那樣的現(xiàn)象（砂沸）設(shè)水下土顆粒有效重力為W’（土粒重力與水的浮力之差），豎直向上的滲透力為J，則土粒實(shí)際合力R＝W’－J。

當(dāng)J≥W’時(shí)，R≤0，土粒處于懸浮狀態(tài)，出現(xiàn)上述現(xiàn)象。

2.滲流時(shí)的受力分析

從滲流場(chǎng)中取一流網(wǎng)格（土體）ABCD:

AB，DC為等勢(shì)線(xiàn)，AD，BC為流線(xiàn)，網(wǎng)格長(zhǎng)為L(zhǎng)，寬為a，（兩邊h0相等，因?yàn)橄噜弮闪骶€(xiàn)）Q：流線(xiàn)AD與水平線(xiàn)夾角。

(1)土體整體受力分析

以網(wǎng)格AB，CD整體作為分析對(duì)象，網(wǎng)格土體上作用力有：

W＝rsat×a×L×1,為飽和土體自重（土粒重與孔隙水重之和）；

Fw1,Fw2,Fw3,Fw4為周?chē)馏w中孔隙水作用在網(wǎng)格邊界上的孔隙水壓力；

Fs1,Fs2,Fs3,Fs4為周?chē)令w粒作用在網(wǎng)格邊界上的粒間壓力；

Ts1,Ts2,Ts3,Ts4為周?chē)令w粒作用在網(wǎng)格邊界上的粒間剪力。

(2)孔隙水體的受力分析

為研究滲透力，取網(wǎng)格范圍內(nèi)的孔隙水為脫離體，其周邊上的孔隙水壓力分別由圖中的測(cè)壓管水頭來(lái)確定。

脫離體上作用力有：

G＝wr×V＝wr×L×a×1為孔隙水重力及浮力的反作用之和;

Fw1－Fw2=wr(h1－h(huán)2)×a×1為AB，CD面上孔隙水壓力合力，平行水流方向;Fw3－Fw4=wr×h0×l,為AD，BＣ面上孔隙水壓力合力，與水流方向垂直。

設(shè)土粒對(duì)水流的阻力為Js，沿水流方向分量為Jst，垂直水流方向分量為Jsn，取水流方向的力的平衡，可得：

（Fw3－Fw4）－Jsn－Gcosθ＝0，因?yàn)閏osθ=h0/a

所以，Jsn=(Fw3-Fw4)-Gcosθ=wrh0L－wrLa(h0/a)=wrh0L－wrh0L＝0

即在垂直流向的分量Jsn＝0，也是水流阻力Js=Jst與流線(xiàn)方向重合。

取水流方向力的平衡，可得：

（Fw1-Fw2）－Js+Gsinθ=0，

Js=(Fw1-Fw2)+Gsinθ=wr(h1-h2)a+wrla(h2-h1+h)/l＝wr×a×h?

滲流對(duì)土粒的滲透力與阻力Js大小相等，方向相反，得：

J＝Js＝wr×a×h?

單位體積土體內(nèi)土粒所受到的單位滲透力j為：

irl

hralharVJjwww?=?==13．滲透力的特征與計(jì)算

滲透力具有以下特征：

(1)滲透力是一種體積力，量綱為KN/m3

(2)滲透力與水力坡降成正比j=wri

(3)滲透力方向與滲流方向一致。

當(dāng)滲流場(chǎng)中各個(gè)網(wǎng)格的水力坡降ii求得后，應(yīng)用式j(luò)＝wri可確定單位滲透力ji=wri；網(wǎng)

格總的滲透力Ji=jiaili；其方向與流向一致。

整個(gè)流場(chǎng)的總滲透力矢量J即為各網(wǎng)格滲透力的矢量和。

二滲透變形

土工建筑及地基由于滲透作用而出現(xiàn)或破壞稱(chēng)為滲透變形或滲透破壞。

(一)、滲透變形的類(lèi)型

按照滲透水流所引起的局部破壞的特征，滲透變形可分為流土和管涌?jī)煞N基本形式。但就土本身性質(zhì)來(lái)說(shuō)，只有管涌和非管涌之分。

1、流土

流土是指在向上滲流作用下，局部土體表面隆起，或者顆粒群同時(shí)起動(dòng)而流失的現(xiàn)象。它主要發(fā)生在地基或土壩下游滲流溢出處。基坑或渠道開(kāi)挖時(shí)所出現(xiàn)的流砂現(xiàn)象是流土的一種常見(jiàn)形式。一般說(shuō)來(lái)，任何類(lèi)型的土，只要坡降達(dá)到一定的大小，都會(huì)發(fā)生流土破壞，

2、管涌

管涌是滲透變形的另一種形式，它是指在滲流作用下土體中的細(xì)顆粒在粗顆粒形成的孔隙道中發(fā)生移動(dòng)并被帶走的現(xiàn)象。

管涌的形成主要決定于土本身的性質(zhì)，對(duì)于某些土，即使在很大的水力坡降下也不會(huì)出現(xiàn)管涌，而對(duì)于另一些土（如缺乏中間粒徑的砂礫料）卻在不大的水力坡降下就可以發(fā)生管涌。

管涌破壞一般有個(gè)時(shí)間發(fā)育過(guò)程，是一種漸進(jìn)性質(zhì)的破壞，按其發(fā)展的過(guò)程，可分為兩類(lèi)：一種土，一旦發(fā)生滲透變形就不能承受較大的水力坡降，這種土稱(chēng)為危險(xiǎn)性管涌土；另一種土，當(dāng)出現(xiàn)滲透變形后，仍能承受較大的水力坡降，最后試樣表面出現(xiàn)許多大泉眼，滲透量不斷增大，或者發(fā)生流土，這種土稱(chēng)為非危險(xiǎn)性管涌土。

一般來(lái)說(shuō)，粘性土只有流土而無(wú)管涌，無(wú)粘性土滲透變形的形式主要取決于顆粒級(jí)配曲線(xiàn)的形狀，其次是土的密度。

(二)、土的臨界水力坡降

1、流土型的臨界水力坡降

現(xiàn)從滲流溢出處取一單位土體如下圖，則該單位土體上有土體本身的有效重度r’e

rGsgrw+-==1)1(''ρ，以及豎直向上的滲透力j=wri當(dāng)豎向滲透力等于土體的有效重量時(shí)，即r’=j，土體就處于流土的臨界狀態(tài)。若設(shè)這時(shí)的水力坡降為ier,則根據(jù)上述條件苛求得：

)1)(1(nGsier--=或e

Gsier+-=11由此可知，流土臨界水力坡降決定于土的物理性質(zhì)（Gs，n）流土一般發(fā)生在滲流的溢出處。。因此只要我們將滲流溢出處的水力坡降，即溢出坡降ic求出，就可判別流土的可能

性：

當(dāng)ic＜ier,則土體處于穩(wěn)定狀態(tài)

當(dāng)ic=ier,則土體處于臨界狀態(tài)

當(dāng)ic＞ier,則土體處于流土狀態(tài)

溢出坡降ic實(shí)際上不可能求出的，通常是把滲流溢出處的流網(wǎng)網(wǎng)格的平均水力坡降作為溢出坡降的。l

hic??=在設(shè)計(jì)時(shí)，為保證建筑物安全，通常要求將溢出坡降ic限制在容許坡降[i]之內(nèi)，即Fs

iiicrc=≤][式中Fs為流土安全系數(shù)，常取1.5～2.52、管涌型土的臨界水力坡降

發(fā)生管涌的臨界水力坡降目前尚無(wú)合適的公式可循。

主要根據(jù)試驗(yàn)時(shí)肉眼觀(guān)察細(xì)顆粒的移動(dòng)現(xiàn)象和借助于水力坡降i與流速V之間的變化來(lái)判斷管涌是否出現(xiàn)。

如圖，當(dāng)水力坡降I增加到某一數(shù)值后，i~V曲線(xiàn)明顯向右偏離，這說(shuō)明細(xì)顆粒已被帶出，孔隙增大，根據(jù)a點(diǎn)對(duì)應(yīng)的水力坡降和肉眼觀(guān)察到細(xì)顆粒移動(dòng)時(shí)的水力坡降，取兩者中的數(shù)值較大者作為管涌的臨界水力坡降ier,

3.臨界水力坡降的試驗(yàn)資料

(1)、臨界水力坡降與不均勻系數(shù)的關(guān)系

伊斯托美娜根據(jù)理論分析并結(jié)合一定的試驗(yàn)資料，給出了物粘性土的臨界水力坡降與不均勻系數(shù)的關(guān)系曲線(xiàn)，并按不均勻系數(shù)把土劃分為流土型，過(guò)渡型和管涌型三類(lèi)，如圖2－18。

由圖可見(jiàn)，土的不均勻系數(shù)越大，臨界水力坡降越小。

(2)、臨界水力坡降與細(xì)料含量的關(guān)系

當(dāng)土的級(jí)配不連續(xù)時(shí)，土的滲透變形性主要取決于細(xì)料的含量，或者說(shuō)取決于細(xì)料充填粗料孔隙的程度。

當(dāng)細(xì)料填不滿(mǎn)粗料的孔隙時(shí)，細(xì)料容易被滲透水流帶走這種土屬于管涌土。

當(dāng)細(xì)料含量增大并足以填滿(mǎn)粗料孔隙時(shí)，粗細(xì)料組成一整體，共同抵抗?jié)B透變形，其抗?jié)B能力加強(qiáng)，這種土屬于流土型土。

(3)、臨界水力坡降與滲透系數(shù)的關(guān)系

無(wú)粘性土的滲透性與滲透變形特性有著直接的關(guān)系。

對(duì)于不均勻土，如果透水性強(qiáng)，滲透系數(shù)就大，抵抗?jié)B透變形的能量差，如果透水性弱，滲透系數(shù)就小，抵抗?jié)B透變形的能力則強(qiáng)。

一般說(shuō)來(lái)，滲透系數(shù)越大，則臨界水力坡降越小。無(wú)粘性土的臨界水力坡降可歸納如下

上表中的土類(lèi)按下列圖示進(jìn)行判別：

天然無(wú)粘性土：

較均勻的土：流土型：（Cu≤5）