土力学教学课件张春梅第4章土的渗透性

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2、力？透水层不透水层围护墙渗流中的水头与水力坡降渗流试验与达西定律渗透系数的测定及影响因素层状地基的等效渗透系数第一节土的渗透性和渗透定律位置水头：到基准面的竖直距离，代表单位重量的液体从基准面算起所具有的位置势能压力水头：水压力所能引起的自由水面的升高，表示单位重量液体所具有的压力势能测管水头：测管水面到基准面的垂直距离，等于位置水头和压力水头之和，表示单位重量液体的总势能在静止液体中各点的测管水头相等渗流中的水头与水力坡降B点总水头：二点总水头差：代表单位重量液体从A点向B点流动时，为克服阻力而损失的能量水力梯度i：单位渗流长度上的水头损

3、失A点总水头：总水头：代表A点和B点单位重量水体所具有的能量渗流中的水头与水力坡降1856年法国工程师达西(Darcy)进行了渗流试验或：其中，A是试样的断面积渗流试验与达西定律达西定律：在层流状态的渗流中，渗透速度v与水力坡降i的一次方成正比，并与土的性质有关。描述层流状态下渗透流速与水头损失关系的规律，即渗流速度与水力坡降成线性关系只适用于层流范围。渗透系数k:反映土的透水性能的比例系数，其物理意义为水力坡降i＝1时的渗流速度，单位：cm/s,m/s,m/day渗透速度v：土体试样全断面的平均渗流速度，也称假想渗流速度。其中，Vs为实际

4、平均流速，孔隙断面的平均流速渗流试验与达西定律适用条件：达西定律是描述层流状态下渗透流速与水头损失关系的规律，即渗流速度与水力坡降成线性关系只适用于层流范围。在水利工程中，绝大多数渗流，无论是发生于砂土中或一般的粘性土中，均属于层流范围，故达西定律均可适用。渗流试验与达西定律在纯砾以上的很粗的土中渗流，如堆石体中的渗流，且水力坡降较大时，流态为紊流，达西定律不再适用，此时：两种特例对黏性很强的致密的粘性土，存在起始水力坡降i0常水头试验法变水头试验法井孔抽水试验井孔注水试验室内试验方法野外试验方法经验估算法渗流系数的测定与影响因素（1）常水

5、头试验试验条件：h，L，A量测变量：体积v，tV=Qt=vAtV=ki适用土类：透水性较大的砂性土1.室内实验法AQAQat=t1t=t2（2）变水头试验试验条件：h的变化，A，a，L量测变量：h，t适用土类：透水性较小的粘性土在tt+dt时段内：入流量：dVe=-adh出流量：dVo=kiAdt=k(Δh/L)Adt连续性条件：dVe=dVo-adh=k(Δh/L)Adt选择几组量测结果，计算相应的k，取平均值AQ2.现场测定法－抽水试验试验条件:Q=const量测变量:r=r1，h1=？r=r2，h2=？优点：可获得现场较为可靠的平均

6、渗透系数缺点：费用较高，耗时较长建议者建议公式符号说明适用条件泰勒（Tayler,D.W）d50：土颗粒平均粒径，mm；μ：水的粘滞系数，g.s/cm2；e：土的孔隙比；C：颗粒形状系数。砂性土哈臣（Hazen）CH：哈臣常数，50～150；T：水温，；d10：土的有效粒径，mm。上式适用于中等密实砂，下式适于土的有效粒径0.1~3mm，Cu<5时的松砂。太沙基（Tazaghi）d10：土的有效粒径，mm；e：土的孔隙比。砂性土3.经验估算法是土中孔隙直径大小的主要影响因素因由粗颗粒形成的大孔隙可被细颗粒充填，故土体孔隙的大小一般由细颗粒所

7、控制。因此，土的渗透系数常用有效粒径d10来表示，如哈臣公式。土的性质渗透系数的影响因素粒径大小及级配孔隙比矿物成分结构是单位土体中孔隙体积的直接度量对于砂性土，常建立孔隙比e与渗透系数k之间的关系，如：粒径大小及级配孔隙比矿物成分结构土的性质对粘性土，影响颗粒的表面力不同粘土矿物之间渗透系数相差极大，其渗透性大小的次序为高岭石>伊里石>蒙脱石；当粘土中含有可交换的钠离子越多时，其渗透性将越低塑性指数Ip综合反映土的颗粒大小和矿物成份，常是渗透系数的参数粒径大小及级配孔隙比矿物成分结构土的性质影响孔隙系统的构成和方向性，对粘性土影响更大在宏

8、观构造上，天然沉积层状粘性土层，扁平状粘土颗粒常呈水平排列，常使得k水平﹥k垂直在微观结构上，当孔隙比相同时，凝聚结构将比分散结构具有更大的透水性粒径大小及级配孔隙比矿物成分结构