第2章 土的滲透性

土的滲透性和滲流問(wèn)題

第二章1本章特點(diǎn)學(xué)習(xí)要點(diǎn)主要難點(diǎn)有較嚴(yán)格的理論（水流的一般規(guī)律）有經(jīng)驗(yàn)性規(guī)律（散粒體多孔介質(zhì)特性）注重對(duì)物理概念和意義的深入理解注意土是散粒體（多孔介質(zhì)）這一特點(diǎn)水頭及水力坡降滲透力及其分析方法§2土的滲透性和滲流問(wèn)題

2§2土的滲透性和滲流問(wèn)題

碎散性多孔介質(zhì)三相體系孔隙流體流動(dòng)滲流水、氣等在土體孔隙中流動(dòng)的現(xiàn)象滲透性土具有被水、氣等流體透過(guò)的性質(zhì)滲透特性強(qiáng)度特性變形特性非飽和土的滲透性飽和土的滲透性概述能量差土顆粒土中水滲流3概述滲流量滲透變形土石壩防滲斜墻及鋪蓋浸潤(rùn)線透水層不透水層土石壩壩基壩身滲流§2土的滲透性和滲流問(wèn)題

4滲水壓力滲流量滲透變形透水層不透水層基坑板樁墻板樁圍護(hù)下的基坑滲流概述§2土的滲透性和滲流問(wèn)題

5滲流量透水層不透水層天然水面水井滲流漏斗狀潛水面Q概述§2土的滲透性和滲流問(wèn)題

6滲流量原地下水位滲流時(shí)地下水位渠道滲流概述§2土的滲透性和滲流問(wèn)題

7滲流滑坡滲流滑坡概述§2土的滲透性和滲流問(wèn)題

8滲流量滲透變形滲流滑坡土的滲透性及滲透規(guī)律滲透力與滲透變形土坡穩(wěn)定分析擋水建筑物集水建筑物引水結(jié)構(gòu)物基坑等地下施工多雨地區(qū)邊坡概述§2土的滲透性和滲流問(wèn)題

9§2.1概述§2.2土的滲透性§2.4二維滲流與流網(wǎng)§2.4滲透力和滲透變形§2土的滲透性和滲流問(wèn)題

10§2.2土的滲透性與滲透規(guī)律一．滲流中的水頭與水力坡降二．滲透試驗(yàn)與達(dá)西定律三．滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素四．層狀地基的等效滲透系數(shù)§2土的滲透性和滲流問(wèn)題

11ABL§2.2土的滲透性與滲透規(guī)律透水層不透水層基坑板樁墻§2土的滲透性和滲流問(wèn)題

一．滲流中的水頭與水力坡降12ABL一．滲流中的水頭與水力坡降h1h2zAzBΔh00基準(zhǔn)面水力坡降線總水頭－單位重量水體所具有的能量z：位置水頭u/γw：壓力水頭V2/(2g)：流速水頭≈0A點(diǎn)總水頭：B點(diǎn)總水頭：總水頭：水力坡降：§2.2土的滲透性與滲透規(guī)律§2土的滲透性和滲流問(wèn)題

水頭差：測(cè)管水頭13§2土的滲透性和滲流問(wèn)題

§2.2土的滲透性與滲透規(guī)律問(wèn)題1：何種情況發(fā)生滲流？靜水中有滲流發(fā)生么？問(wèn)題2：水在水里流動(dòng)有水頭損失么？？14二.滲透試驗(yàn)與達(dá)西定律試驗(yàn)前提：層流Δh↑，Q↑A↑，Q↑

L↑，Q↓斷面平均流速水力坡降1.滲透試驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)裝置：如圖試驗(yàn)條件:

h1=const，A=constL=const量測(cè)變量:

h2，V，TΔh=h1-h2Q=V/T§2.2土的滲透性與滲透規(guī)律§2土的滲透性和滲流問(wèn)題

152.達(dá)西定律滲透定律在層流狀態(tài)的滲流中，滲透速度v與水力坡降i的一次方成正比，并與土的性質(zhì)有關(guān)。二.滲透試驗(yàn)與達(dá)西定律注意：AAvv：假想滲流速度，土體試樣全斷面的平均滲流速度vs：實(shí)際平均滲流速度，孔隙斷面的平均滲流速度A>AvQ＝vA

＝vsAvk:

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i＝1時(shí)的滲流速度單位：mm/s,cm/s,m/s,m/day§2.2土的滲透性與滲透規(guī)律§2土的滲透性和滲流問(wèn)題

162.達(dá)西定律

適用條件：層流（線性流）§2.2土的滲透性與滲透規(guī)律§2土的滲透性和滲流問(wèn)題

二.滲透試驗(yàn)與達(dá)西定律巖土工程中的絕大多數(shù)滲流問(wèn)題，包括砂土或一般粘土，均屬層流范圍在粗粒土孔隙中，水流形態(tài)可能會(huì)隨流速增大呈紊流狀態(tài)，滲流不再服從達(dá)西定律?？捎美字Z數(shù)Re進(jìn)行判斷：Re＜5時(shí)層流

Re

＞200時(shí)紊流

200＞

Re＞5時(shí)為過(guò)渡區(qū)

172.達(dá)西定律（1）粗粒土：①礫石類(lèi)土中的滲流常不符合達(dá)西定律②砂土中滲透速度vcr=0.3～0.5cm/sivovcrivoi0

兩種特例：（2）粘性土：致密的粘土i>i0,v=k(i-i0)§2.2土的滲透性與滲透規(guī)律§2土的滲透性和滲流問(wèn)題

二.滲透試驗(yàn)與達(dá)西定律18三.滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)定方法野外試驗(yàn)測(cè)定方法常水頭試驗(yàn)法變水頭試驗(yàn)法井孔抽水試驗(yàn)井孔注水試驗(yàn)1.測(cè)定方法§2.2土的滲透性與滲透規(guī)律§2土的滲透性和滲流問(wèn)題

19

室內(nèi)試驗(yàn)方法1—常水頭試驗(yàn)法三.滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素1.測(cè)定方法結(jié)果整理試驗(yàn)裝置：如圖試驗(yàn)條件:

Δh=const，A=const，

L=const量測(cè)變量:

V，ti=Δh/LV=Qt=vAtv=ki適用土類(lèi)：透水性較大的砂性土§2.2土的滲透性與滲透規(guī)律§2土的滲透性和滲流問(wèn)題

hL土樣AVQ室內(nèi)試驗(yàn)方法2—變水頭試驗(yàn)法透水性較小的粘性土?20三.滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素1.測(cè)定方法室內(nèi)試驗(yàn)方法2—變水頭試驗(yàn)法試驗(yàn)裝置：如圖試驗(yàn)條件:

Δh變化，A=const，

L=const量測(cè)變量:

Δh

，t§2.2土的滲透性與滲透規(guī)律§2土的滲透性和滲流問(wèn)題

土樣At=t1h1t=t2h2LQ水頭測(cè)管開(kāi)關(guān)a21三.滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素1.測(cè)定方法室內(nèi)試驗(yàn)方法2—變水頭試驗(yàn)法結(jié)果整理:理論依據(jù):t時(shí)刻：

ΔhdtdhdVe=-adhdVo=kiAdt=k(Δh/L)AdtdVe=dVo流入量：流出量：連續(xù)性條件：-adh=k(Δh/L)Adt選擇幾組Δh1,

Δh2,t

，計(jì)算相應(yīng)的k，取平均值§2.2土的滲透性與滲透規(guī)律§2土的滲透性和滲流問(wèn)題

土樣At=t1h1t=t2h2LQ水頭測(cè)管開(kāi)關(guān)ahdhtt+dt222.影響因素粒徑大小及級(jí)配孔隙比礦物成分結(jié)構(gòu)三.滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素飽和度（含氣量）水的動(dòng)力粘滯系數(shù)§2.2土的滲透性與滲透規(guī)律§2土的滲透性和滲流問(wèn)題

232.影響因素三.滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素§2.2土的滲透性與滲透規(guī)律§2土的滲透性和滲流問(wèn)題

粒徑大小及級(jí)配：是土中孔隙直徑大小的主要影響因素；因由粗顆粒形成的大孔隙可被細(xì)顆粒充填，故土體孔隙的大小一般由細(xì)顆粒所控制。（1）土粒特性的影響孔隙比：是單位土體中孔隙體積的直接度量；對(duì)于砂性土，滲透系數(shù)k一般隨孔隙比e增大而增大。礦物成分：對(duì)粘性土，影響顆粒的表面力；不同粘土礦物之間滲透系數(shù)相差極大，其滲透性大小的次序?yàn)楦邘X石>伊里石>蒙脫石；塑性指數(shù)Ip綜合反映土的顆粒大小和礦物成份，常是滲透系數(shù)的參數(shù)。結(jié)構(gòu)：影響孔隙的構(gòu)成和方向性，對(duì)粘性土影響更大；在宏觀構(gòu)造上，天然沉積層狀粘性土層，常使得k水平﹥k垂直；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)具有更大的透水性。24飽和度sr(%)滲透系數(shù)k(10-3cm/s)87654328090100飽和度的影響流體粘滯性的影響溫度高粘滯性低滲透系數(shù)大封閉氣泡對(duì)k影響很大，可減少有效滲透面積，還可以堵塞孔隙的通道2.影響因素三.滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素§2.2土的滲透性與滲透規(guī)律§2土的滲透性和滲流問(wèn)題

（2）流體特性的影響25四.層狀地基的等效滲透系數(shù)等效滲透系數(shù)確立各層的km考慮滲流方向天然土層多呈層狀§2.2土的滲透性與滲透規(guī)律§2土的滲透性和滲流問(wèn)題

26H1H2H3HΔhk1k2k3xzq1xq3xq2xL四.層狀地基的等效滲透系數(shù)1122不透水層水平滲流條件:等效滲透系數(shù):qx=vxH=kxiHΣqmx=ΣkmimHm§2.2土的滲透性與滲透規(guī)律§2土的滲透性和滲流問(wèn)題

27H1H2H3HΔhk1k2k3xz四.層狀地基的等效滲透系數(shù)豎直滲流:v承壓水條件:等效滲透系數(shù):§2.2土的滲透性與滲透規(guī)律§2土的滲透性和滲流問(wèn)題

28算例

按層厚加權(quán)平均，由較大值控制倒數(shù)按層厚加權(quán)平均，由較小值控制四.層狀地基的等效滲透系數(shù)§2.2土的滲透性與滲透規(guī)律§2土的滲透性和滲流問(wèn)題

29§2土的滲透性和滲流問(wèn)題

§2.2土的滲透性與滲透規(guī)律例題：2-3滲流方向？？水在水里流動(dòng)有水頭損失么？？30√2.1土的滲透性與滲透規(guī)律第二章

土的滲透性和滲流問(wèn)題

§2.3平面滲流與流網(wǎng)（略）→2.4滲透力與滲透變形√2.1概述

31§2.4滲透力與滲透變形一.滲透力1、試驗(yàn)觀察滲透變形滲透力§2土的滲透性和滲流問(wèn)題

二.滲透變形（滲透破壞）2、物理本質(zhì)3、計(jì)算方法土水整體分析土水隔離分析32一.

滲透力1、試驗(yàn)觀察Δh=0靜水中，土骨架會(huì)受到浮力作用。Δh>0

水在流動(dòng)時(shí)，水流受到來(lái)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。滲透力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。h1Δhh200hwL土樣濾網(wǎng)貯水器ab§2土的滲透性和滲流問(wèn)題

§2.4

滲透力與滲透變形33一.滲透力h1Δhh200hwL土樣濾網(wǎng)貯水器ab土粒滲流j§2.4

滲透力與滲透變形§2土的滲透性和滲流問(wèn)題

滲透力與浮力有何區(qū)別？2、物理本質(zhì)34h200hwL土樣濾網(wǎng)貯水器abP2WP1R靜水中的土體A=1W=Lγsat＝L(γ+

γw)P1

=γwhwP2

=γwh2R=?R+P2=W+P1R+γwh2=L(γ+γw)+γwhw

R=γ

L土水整體分析§2.4

滲透力與滲透變形§2土的滲透性和滲流問(wèn)題

一.滲透力3、計(jì)算方法35h1Δhh200hwL土樣濾網(wǎng)貯水器abP2WP1R靜水中的土體A=1W=Lγsat＝L(γ+

γw)P1

=γwhwP2

=γwh1R=?R+P2=W+P1R+γwh1=L(γ+γw)+γwhw

R=γL－γwΔhR=γ

L滲流中的土體§2.4

滲透力與滲透變形§2土的滲透性和滲流問(wèn)題

一.滲透力土水整體分析3、計(jì)算方法36h1Δhh200hwL土樣濾網(wǎng)貯水器abP2WP1R靜水中的土體A=1R=γ

L－γwΔhR=γ

L滲流中的土體向上滲流存在時(shí)，濾網(wǎng)支持力減少減少的部分由誰(shuí)承擔(dān)？水與土之間的作用力－滲流的拖曳力總滲透力J=γwΔh滲透力j=J/V=γwΔh/L=γwij=

γwi§2.4

滲透力與滲透變形§2土的滲透性和滲流問(wèn)題

一.滲透力土水整體分析3、計(jì)算方法37h1Δhh200hwL土樣濾網(wǎng)貯水器abP2WP1RA=1R=γ

L－γwΔh滲流中的土體所受濾網(wǎng)支持力向上滲流存在時(shí)，濾網(wǎng)支持力減少臨界水力坡降i=Δh/L=γ

/γwicr=

γ/γwγ

L－γwΔh=0§2.4

滲透力與滲透變形§2土的滲透性和滲流問(wèn)題

一.滲透力土水整體分析3、計(jì)算方法38P2WP1Rh1Δhh200hwL土樣濾網(wǎng)貯水器abA=1P1+Ww+J

=P2水體的平衡條件j=γwiγwhw+γwL+j

L=

γwh1W’JWwJ’=R+P2P1P1

=γwhwP2

=γwh1Ww=Vvγw+Vsγw=Lγw土水隔離分析§2.4

滲透力與滲透變形§2土的滲透性和滲流問(wèn)題

一.滲透力3、計(jì)算方法39滲透力的性質(zhì)物理意義：?jiǎn)挝煌馏w內(nèi)土骨架所受到的滲透水流的拖曳力，它是體積力j=γwi大小：方向：與i方向一致（均質(zhì)土與滲流方向一致）作用對(duì)象：土骨架§2.4

滲透力與滲透變形§2土的滲透性和滲流問(wèn)題

一.滲透力40基本類(lèi)型二.滲透變形（滲透破壞）流土管涌土工建筑物及地基由于滲流作用而出現(xiàn)的變形或破壞形成條件防治措施§2.4

滲透力與滲透變形§2土的滲透性和滲流問(wèn)題

41粘性土k1<<k2砂性土k2壩體1.基本類(lèi)型二.滲透變形（滲透破壞）流土在向上的滲透作用下，表層局部土體顆粒同時(shí)發(fā)生懸浮移動(dòng)的現(xiàn)象滲流原因：§2.4

滲透力與滲透變形§2土的滲透性和滲流問(wèn)題

421.基本類(lèi)型管涌原因：內(nèi)因——有足夠多的粗顆粒形成大于細(xì)粒徑的孔隙通道外因——滲透力足夠大

在滲流作用下，一定級(jí)配的無(wú)粘性土中的細(xì)小顆粒，通過(guò)較大顆粒所形成的孔隙發(fā)生移動(dòng)，最終在土中形成與地表貫通的管道。管涌管涌破壞§2.4

滲透力與滲透變形§2土的滲透性和滲流問(wèn)題

二.滲透變形（滲透破壞）431.基本類(lèi)型流土與管涌的比較流土土體局部范圍的顆粒同時(shí)發(fā)生移動(dòng)管涌只發(fā)生在水流滲出的表層只要滲透力足夠大，可發(fā)生在任何土中破壞過(guò)程短導(dǎo)致下游坡面產(chǎn)生局部滑動(dòng)等現(xiàn)象位置土類(lèi)歷時(shí)后果土體內(nèi)細(xì)顆粒通過(guò)粗粒形成的孔隙通道移動(dòng)可發(fā)生于土體內(nèi)部和滲流溢出處一般發(fā)生在特定級(jí)配的無(wú)粘性土或分散性粘土破壞過(guò)程相對(duì)較長(zhǎng)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生塌陷或潰口二.滲透變形§2.4

滲透力與滲透變形§2土的滲透性和滲流問(wèn)題

442.形成條件Fs:

安全系數(shù)1.5～2.0二.滲透變形[i]:

允許坡降i<icr:i=

icr:i>icr:土體處于穩(wěn)定狀態(tài)土體發(fā)生流土破壞土體處于臨界狀態(tài)流土經(jīng)驗(yàn)判斷：§2.4

滲透力與滲透變形§2土的滲透性和滲流問(wèn)題

無(wú)壓重時(shí)：45較均勻土（Cu≤10）二.滲透變形2.形成條件管涌幾何條件水力條件一般發(fā)生在無(wú)粘性土中級(jí)配孔隙及細(xì)粒判定非管涌土粗粒形成的孔隙通道小于細(xì)粒徑不均勻土（Cu>10）不連續(xù)連續(xù)D0=0.25d