土力学 第三章渗流课件.ppt

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1、土的渗透性和渗流问题第三章本章特点学习要点主要难点有较严格的理论（水流的一般规律）有经验性规律（散粒体多孔介质特性）注重对物理概念和意义的深入理解注意土是散粒体（多孔介质）这一特点水头及水力坡降二维流网及其应用渗透力及其分析方法§3.1概述碎散性多孔介质三相体系孔隙流体流动渗流水、气等在土体孔隙中流动的现象渗透性土具有被水、气等流体透过的性质渗透特性强度特性变形特性非饱和土的渗透性饱和土的渗透性能量差土颗粒土中水渗流渗流量渗透变形土石坝防渗斜墙及铺盖浸润线透水层不透水层土石坝坝基坝身渗流§3.1概述渗水压力扬压力渗流量渗透变形透水层不透水层基坑板桩墙

2、板桩围护下的基坑渗流§3.1概述渗流量透水层不透水层天然水面水井渗流漏斗状潜水面Q§3.1概述渗流量原地下水位渗流时地下水位渠道渗流§3.1概述渗流滑坡渗流滑坡§3.1概述渗流量渗透变形渗水压力渗流滑坡土的渗透性及渗透规律二维渗流及流网渗透力与渗透变形扬压力土坡稳定分析挡水建筑物集水建筑物引水结构物基坑等地下施工多雨地区边坡§3.1概述§3.2土的渗透性与渗透规律一．渗流中的水头与水力坡降二．渗透试验与达西定律三．渗透系数的测定及影响因素四．层状地基的等效渗透系数ABL§3.2土的渗透性与渗透规律透水层不透水层基坑板桩墙一．渗流中的水头与水力坡降AB

3、Lh1h2zAzBΔh00基准面水力坡降线总水头－单位重量水体所具有的能量z：位置水头u/γw：压力水头V2/(2g)：流速水头≈0A点总水头：B点总水头：总水头：水力坡降：水头差：测管水头§3.2土的渗透性与渗透规律二.渗透试验与达西定律试验前提：层流Δh↑，Q↑A↑，Q↑L↑，Q↓断面平均流速水力坡降1.渗透试验试验结果试验装置：如图试验条件:h1，A，L=const量测变量:h2，V，TΔh=h1-h2Q=V/T§3.2土的渗透性与渗透规律2.达西定律渗透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。注意：AA

4、vv：假想渗流速度，土体试样全断面的平均渗流速度vs：实际平均渗流速度，孔隙断面的平均渗流速度A>AvQ＝vA＝vsAvk:反映土的透水性能的比例系数，称为渗透系数物理意义：水力坡降i＝1时的渗流速度单位：mm/s,cm/s,m/s,m/day§3.2土的渗透性与渗透规律--渗透试验与达西定律3.适用条件：层流（线性流）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Re进行判断：Re＜5时层流Re＞200时紊流200＞Re＞5时为过渡区§3.2土的渗透

5、性与渗透规律--渗透试验与达西定律（1）粗粒土：①砾石类土中的渗流常不符合达西定律②砂土中渗透速度vcr=0.3-0.5cm/sivovcrivoi04.两种特例：（2）粘性土：致密的粘土i>i0,v=k(i-i0)§3.2土的渗透性与渗透规律--渗透试验与达西定律三.渗透系数的测定及影响因素室内试验测定方法野外试验测定方法常水头试验法变水头试验法井孔抽水试验井孔注水试验1.测定方法§3.2土的渗透性与渗透规律室内试验方法1—常水头试验法结果整理试验装置：如图试验条件:Δh，A，L=const量测变量:V，ti=Δh/LV=Qt=vAtv=ki适用土

6、类：透水性较大的砂性土hL土样AVQ室内试验方法2—变水头试验法透水性较小的粘性土?§3.2土的渗透性与渗透规律--渗透系数的测定室内试验方法2—变水头试验法试验装置：如图试验条件:Δh变化，A，L=const量测变量:Δh，t土样At=t1h1t=t2h2LQ水头测管开关a§3.2土的渗透性与渗透规律--渗透系数的测定室内试验方法2—变水头试验法结果整理:理论依据:t时刻：ΔhdtdhdVe=-adhdVo=kiAdt=k(Δh/L)AdtdVe=dVo流入量：流出量：连续性条件：-adh=k(Δh/L)Adt选择几组Δh1,Δh2,t，计算

7、相应的k，取平均值土样At=t1h1t=t2h2LQ水头测管开关ahdhtt+dt§3.2土的渗透性与渗透规律--渗透系数的测定野外测定方法－抽水试验和注水试验法优点：可获得现场较为可靠的平均渗透系数地下水位≈测压管水面井抽水量Qr1rr2dhdrh1hh2不透水层观察井A=2πrhi=dh/dr缺点：费用较高，耗时较长实验方法：理论依据：积分§3.2土的渗透性与渗透规律--渗透系数的测定2.影响因素粒径大小及级配孔隙比矿物成分结构饱和度（含气量）水的动力粘滞系数§3.2土的渗透性与渗透规律--渗透系数的影响因素粒径大小及级配：是土中孔隙直径大

8、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控制。（1）土粒特性的