土力学-第3章土的渗透性及渗流

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1、本章提要本章特点学习要点第三章：土的渗透性和渗流土的渗透性和渗透规律平面渗流及流网渗透力与渗透变形有严格的理论（水流的一般规律）有经验性规律（散粒多孔介质特性）注意对物理概念和意义的把握注意把握土是散粒多孔介质这一特点§3.1概述§3.2土的渗透性与渗透规律§3.3土中二维渗流及流网§3.4渗透破坏与控制第三章：土的渗透性和渗流§3.1概述土体中的渗流土颗粒土中水渗流土是一种碎散的多孔介质，其孔隙在空间互相连通。当饱和土中的两点存在能量差时，水就在土的孔隙中从能量高的点向能量低的点流动水在土体孔隙中流动的现象称为渗流土具有被水等液体透过的性质称为土的渗透性§3

2、.1概述土体中的渗流对土的渗透问题研究主要包括下述三个方面：渗流量问题渗透变形（渗透破坏）问题渗流控制问题透水层不透水层土石坝坝基坝身渗流§3.1概述-渗流问题防渗体坝体浸润线渗流问题：1.渗流量？2.渗透破坏？3.渗透力？工程实例板桩围护下的基坑渗流§3.1概述-渗流问题渗流问题：1.渗流量？2.渗透破坏？3.渗水压力？透水层不透水层基坑板桩墙工程实例渗流问题：1.渗流量Q？2.降水深度？透水层不透水层天然水面水井渗流漏斗状潜水面Q§3.1概述-渗流问题渗流问题：1.渗流量？2.地下水影响范围？渠道、河流渗流§3.1概述-渗流问题原地下水位渗流时地下水位§

3、3.1概述-渗流问题降雨入渗引起的滑坡渗流问题：1.渗透力？2.入渗过程？事故实例渗流量扬压力渗水压力渗透破坏渗流速度渗水面位置挡水建筑物集水建筑物引水结构物基础工程地下工程边坡工程渗透特性变形特性强度特性土的渗透特性§3.1概述-土渗流特性§3.1概述§3.2土的渗透性与渗透规律§3.3土中二维渗流及流网§3.4渗透破坏与控制第三章：土的渗透性和渗流问题§3.2土的渗透性与渗透规律水头与水力坡降土的渗透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土的渗透性与渗透规律渗流的驱动能量反映渗流特点的定律土的渗透性地基的渗透系数位置水头：到基准面的

4、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§3.2土的渗透性与渗透规律位置、压力和测管水头zA00ABu0pazB基准面静水§3.2土的渗透性与渗透规律水流动的驱动力水往低处流水往高处“跑”速度v压力u位置：使水流从位置势能高处流向位置势能低处流速：水具有的动能压力：水所具有的压力势能也可使水流发生流动位置势能：mgz压力势能：00基准面质量m压力u流速

5、vz动能：总能量：称为总水头，是水流动的驱动力单位重量水流的能量：§3.2土的渗透性与渗透规律水流动的驱动力-水头渗流中的水头与水力坡降§3.2土的渗透性与渗透规律ABL透水层不透水层基坑板桩墙渗流为水体的流动，应满足液体流动的三大基本方程：连续性方程、能量方程、动量方程§3.2土的渗透性与渗透规律ABLhAzA基准面总水头：单位重量水体所具有的能量位置水头Z：水体的位置势能（任选基准面）压力水头u/w：水体的压力势能（u孔隙水压力）流速水头V2/(2g)：水体的动能（对渗流多处于层流≈0）渗流的总水头：渗流问题的水头也称测管水头，是渗流的总驱动能，渗流总是

6、从水头高处流向水头低处A点总水头：§3.2土的渗透性与渗透规律水力坡降ABLhAhBzAzBΔh基准面水力坡降线B点总水头：二点总水头差：反映了两点间水流由于摩阻力造成的能量损失水力坡降i：单位渗流长度上的水头损失达西渗透试验§3.2土的渗透性与渗透规律LAh1h2QQ透水石1856年达西(Darcy)在研究城市供水问题时进行的渗流试验或：其中，A是试样的断面积达西定律§3.2土的渗透性与渗透规律达西定律：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

7、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为实际平均流速，孔隙断面的平均流速达西定律的适用范围§3.2土的渗透性与渗透规律适用条件：层流（线性流动）岩土工程中的绝大多数渗流问题，包括砂土或一般粘土，均属层流范围在粗粒土孔隙中，水流形态可能会随流速增大呈紊流状态，渗流不再服从达西定律。可用雷诺数进行判断：00.51.01.52.02.5达西定律适用范围2.01.51.00.50水力坡降流速(m/h)砾石粗砂中砂细砂极细砂h10dvRe=Re＜5时层流Re＞200时紊流200＞Re＞5时为过渡区达西定律的

8、适用范围§3.2土的渗透性与渗透规律在