非饱和土力学报告-水力特性与工程应用

《非饱和土力学报告-水力特性与工程应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、非饱和土力学报告■水力特性与工程应用非饱和土力学学习报告题冃：姓名：学号：学院：专业：年级：指导教师：水力特性与工程应用年月非饱和土力学报告目录1流体的渗透性12水的流动22.1水相的驱动势能32.2非饱和土的Darcy定律53水相的渗透性63.1流体及孔隙介质分量63.2渗透性与体积■质量性质的关系63.3饱和度变化对渗透性的影响73.4渗透系数与饱和度的相互关系73.5透水性系数与基质吸力的关系93.6透水性系数与体积含水量的关系103.7渗透函数的滞后114实际渗流问题124.1稳态水流124.2非饱和土渗透系数的空间变化12一维流举例144.3.1土也表面被覆盖144.3

2、.2稳态蒸发144.3.3稳态入渗15一维流推导16一维流的解16参考文献20水力特性与工程应用1流体的渗透性非饱和土中水的运动要比饱和土中水的渗流运动更为复杂。这是因为它的运动不仅与多孔介质的集合特征有关，而且还与含水量、饱和度、颗粒大小与矿物成分、温度、溶质浓度等各种影响土水势的因素有关。非饱和土为三相系，气相对液相的运动将会起到阻滞或推动作用，使非饱和土中水的运动变得复杂。为了研究简便起见，设水分运动过程中空气不起阻滞或推动作用，同时也不考虑温度变化的影响。非饱和土的孔隙中存在气体和水流体。根据饱和度的不同，土中气体和水呈不同的形态。下图表示了非饱和土和土中孔隙水与空气的三

3、种不同形态。土的饱和度比较高时，例如，击实粘土含水量大于最优含水量wop时，其饱和度约为85%~90%,这是土的孔隙主要被水所占据。气体呈气泡状，被水所包围，可随水一起流动，如图中(c)所示，称为气封闭状态。这种混合的流体是可压缩的，在较高压力势下，气泡可被压缩和溶解，使孔隙水饱和度进一步提高。这种情况下，一般可按饱和土计算渗透与固结问题，只不过其渗透系数小于饱和土。当土中含水量很小时，孔隙水主要以水蒸气和结合水状态存在，或者吸附在土颗粒局部和表面，被气体隔离封闭，可不考虑水的流动，如图"(a)所示情况，称为水封闭状态。对于1.1(b)情况，气体和水都是连通的，均可能发生流动，称

4、为双开敞体系，相应的的饱和度对于粘土约为sr?50%~90%；对于砂土，sr?30%~80%,这种情况是研究非饱和土渗透性的主要课题，一般分别考虑空气的流动和水的流动。图1.1非饱和土和土中孔隙水与空气的三种不同形态非饱和土力学报告2水的流动多种概念曾被用于阐述非饱和土中水的流动。例如，含水量梯度、基质吸力梯度或水力梯度都曾被认为是驱动势能。但是，重要的是釆用一种最基本的、能控制水流动定律的形式。有时也曾用含水量梯度描述非饱和土中水的流动。它假设水从高含水量的点流向低含水量的点。但是，这种流动定律并不是基本的，因为如考虑涉及土的类型的不同、滞后效应及应力历史的不同，则水也可能从低

5、含水量区流向高含水量区。所以，含水量梯度不能作为水流动的基本驱动势能。在非饱和土屮，基质吸力梯度有时被认为是水流动的驱动势能。但是,水的流动并不是基本的和唯一的取决于基质吸力梯度。图2.1中阐明假想的三种情况，显示出同一高程上非饱和土单元两端受控制的空气和水的压力梯度。在所有情况下，左边的空气压力和水压力都大于右边的空气压力和水压力。左地的基质吸力可能小于右边（第一和情况）、等于右边（第二种情况）或大于右边（第三种情况）。但是，不管基质吸力梯度怎样，空气和水将取决于各相的压力梯度而由左向右流动。甚至在第二种情况下，基质吸力为0,空气和水仍将流动。流动更适宜于用各相的水力梯度（在这

6、一情况下，即为压头梯度）来定义•所以对于非饱和土中水的流动，基质吸力梯度并不是基本的驱动势能。在空气压力梯度为0的特定情况下，基质吸力梯度数值上等于水的压力梯度。自然界通常就是这种情况，这就可能是建议用基质吸力形式表达水流动的理由。但是，这时位置水头分量被略去To土中水的流动不仅是受压力梯度控制，而口也受由于高程差而引起的梯度控制。压力水头梯度和位置水头梯度一起给出一水力梯度，作为基本的驱动势能•在特定液相内的水力梯度是该相流动的驱动势能，这对饱和士及非饱和土都是正确的。共20页水力特性与工程应用图2.1非饱和土单元两端的压力梯度和基质吸力梯度2.1水相的驱动势能某点的能量相对于

7、某一基准面而计算，基准面是任意选择的，因为对描述流动重要的是两点间的能量梯度。水相中某一点有三种主要的能量分量，即中立、压力、和速度。如图2.2中的A点，可以求出其三种能量：图2.2相对于一任意基准面的A点在y方向的能量非饱和土力学报告重力能：Eg?MwgyuwVw压力能：Ep?Mw?wOMw也可写成：Ep?Mw?2Mwvw速度能：Ev?2uwduwO?wA点的总势能是重力、压力和速度三个分量之和：E?Mwgy?Mwuw?w2Mwvw?2A点的总能量可以表示为单位重量的能量，称为