静水和有渗流情况下的孔隙水应力和有效应力

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1、渗流力：渗透水流施于单位土体内土粒上的拖曳力，也称渗透力、动水压力。一、渗流力的概念h000hwL贮水器土样滤网abh2Δh2h1Δh14-5渗流力及渗透稳定性土粒对水流的总阻力Fsh2h0h1h0△hWwWwFsFsABCDABCDU1U2ABCDabWwFsU1U2以网格中的孔隙水为研究对象一、渗流力的概念4-5渗流力及渗透稳定性沿水流方向力的平衡一、渗流力的概念4-5渗流力及渗透稳定性渗流力的大小与水力梯度成正比，其作用方向与渗流（或流向）方向一致，是一种体积力，常以kN/m3计。一、渗流力的概念4-5渗流力及渗透稳定性h2h0h1h0△hWWABCDABCDU1U2ABCD

2、abWwJU1U2W’RFs以网格中的整个土体（包括土粒与孔隙水)为研究对象一、渗流力的概念4-5渗流力及渗透稳定性二、渗透变形（一）渗透变形的形式流土：在渗流作用下局部土体表面隆起，或土粒群同时起动而流失的现象。它主要发生在地基或土坝下游渗流溢出处。管涌：在渗流作用下土体中的细土粒在粗土粒形成的孔隙通道中发生移动并被带出的现象。它主要发生在砂砾土中。4-5渗流力及渗透稳定性（一）渗透变形的形式二、渗透变形4-5渗流力及渗透稳定性（一）渗透变形的形式二、渗透变形4-5渗流力及渗透稳定性2、管涌型土的临界水力梯度（二）土的临界水力梯度二、渗透变形4-5渗流力及渗透稳定性4-6在静水和

3、有渗流情况下的孔隙水应力和有效应力把饱和土体中由孔隙水来承担或传递的应力定义为孔隙水应力，常以u表示。一、饱和土体中的孔隙水应力和有效应力把通过粒间的接触面传递的应力称为有效应力。把孔隙水应力和有效应力之和称为总应力。FSFSNSNSA：Aw：As：土单元的截面积颗粒接触点的截面积孔隙水的截面积aa4-6在静水和有渗流情况下的孔隙水应力和有效应力一、饱和土体中的孔隙水应力和有效应力二、在静水条件下水平面上的孔隙水应力和有效应力h2h1粘土层γsat水γw4-6在静水和有渗流情况下的孔隙水应力和有效应力地下水位下降引起σ’增大的部分h1h2σ’=σ-uu=γwh2u=γwh2地下水位

4、下降会引起σ’增大，土会产生压缩，这是城市抽水引起地面沉降的一个主要原因。二、在静水条件下水平面上的孔隙水应力和有效应力4-6在静水和有渗流情况下的孔隙水应力和有效应力（一）渗流方向由上向下hwhh2h1砂层，排水粘土层γsat水γw三、在稳定渗流作用下下水平面上的孔隙水应力和有效应力4-6在静水和有渗流情况下的孔隙水应力和有效应力（二）渗流方向由下向上hhwh2h1砂层，承压水粘土层γsat水γw4-6在静水和有渗流情况下的孔隙水应力和有效应力三、在稳定渗流作用下下水平面上的孔隙水应力和有效应力（二）渗流方向由下向上hhwh2h1砂层，承压水粘土层γsat水γw4-6在静水和有渗

5、流情况下的孔隙水应力和有效应力三、在稳定渗流作用下下水平面上的孔隙水应力和有效应力静水条件和渗流情况下的应力情况比较4-6在静水和有渗流情况下的孔隙水应力和有效应力流网绘出以后，渗流场中任一点的孔隙水应力即可由该点的测压管中的水柱高度(或称压力水头）乘以水的重度得到。四、根据流网确定孔隙水应力当计算点位于下游静水位以下时，按照测压管中水柱高度算出的孔隙水应力是由两部分组成的：其一是由下游静水位产生的孔隙水应力，通常将这一部分孔隙水应力称为静孔隙水应力；其二是由渗流所引起的，即超过静水位的那一部分测压管水柱所产生的孔隙水应力,通常将这一部分孔隙水应力称为超静孔隙水应力。注意：土体的超

6、静孔隙水应力除可由渗流产生以外，荷载（动的或静的）也能够在土体内引起超静孔隙水应力。4-6在静水和有渗流情况下的孔隙水应力和有效应力【例题3－3】如图所示，若地基上的土粒比重Gs为2.68，孔隙率n为38.0％，试求：（1）a点的孔隙水应力和有效应力；（2）渗流逸出处1－2是否会发生流土？（3）图中网格9，10，11，12上的渗流力是多少？4-6在静水和有渗流情况下的孔隙水应力和有效应力a点在第二根等势线上，因此，该点的测压管水位应比上游水位低Δh=0.8m，从图中直接量得下游静水位至a点的高差haˊ=10m，而超过下游静水位的高度应为ha〞=h-Δh＝8-0.8＝7.2m。则a点

7、测压管中的水位高度hw＝haˊ+ha〞=10+7.2=17.2m。所以，a点的孔隙水应力为u=γwhw=9.8×17.2=168.56kPa（1）由图中可知，上下游的水位差h=8m，等势线的间隔数N＝10，则相邻两等势线间的水头损失Δh=h/10=8/10=0.8m。4-6在静水和有渗流情况下的孔隙水应力和有效应力其中由下游静水位引起的静孔隙水应力为uˊ=γwhaˊ=9.8×10=98kPa而由渗流引起的超静孔隙水应力为u〞=γwha〞=9.8×7.2=70.56kP