土中水的运动规律 - 副本

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1、第二章土中水的运动规律概述土的渗透性二维渗流及流网土的毛细性及土的冻胀主要内容本章重点：渗透定律、渗透系数、动水力及流砂现象12.1土的渗透问题概述浸润线流线等势线下游上游土坝蓄水后水透过坝身流向下游渗透——自由水在水位差作用下，发生从土内孔隙中透过的现象H隧道开挖时，地下水向隧道内流动2研究渗流主要解决两类问题渗流量计算问题：深基坑开挖排水问题渗流稳定与渗流控制问题：产生渗透变形，甚至渗透破坏，如道路边坡破坏、堤坝失稳、地面隆起等32.2土的渗透性一、达西定律1856年法国学者Darcy对砂土的渗透性进行研究结论：水在土中的渗透速度与试样的水力梯度成正比渗透试验播

2、放达西定律V=K·Δh/L=KiK——渗透系数，cm/si——水力梯度，即沿渗流方向单位距离的水头损失Δhh2h14讨论：1）公式适用于层流情况，一般适用于中、细、粉砂土；2）在粘土中应按修正后的达西定律考虑起始水头梯高io计算。V=K（i-io）。密实的粘土，需要克服结合水的粘滞阻力后才能发生渗透;同时渗透系数与水力坡降的规律还偏离达西定律而呈非线性关系起始水力坡降i0v=kiivO砂土0iv密实粘土虚直线简化砾土5二渗透系数及其确定方法时间t内流出的水量1.常水头试验————整个试验过程中水头保持不变，适用于透水性大砂土（k>10-3cm/s）。Δhh2h1:测

3、定渗透系数方法试验室测定:常水头试验变水头试验现场抽水试验62．变水头渗透试验————整个试验过程水头随时间变化适用于适用于透水性差，渗透系数小的粘性土。7截面面积a任一时刻t的水头差为h，经时段dt后，细玻璃管中水位降落dh，在时段dt内流经试样的水量dQ=－adh在时段dt内流经试样的水量dQ=kiAdt=kAdth/L管内减少水量＝流经试样水量－adh=kAh/Ldt分离变量积分得83．现场抽水试验————室内试验时不易取得原状土样，或者土样不能反映天然土层的层次或土颗粒排列情况时图2-6现场抽水试验非承压完整井还有其它几种形式？9①水平向渗流时KhI=I1=

4、I2q=q1+q2F=F1+F2=1×h1+1×h2=h1+h2Kh=∑Kihi/∑hi受渗透系数最大的土层控制②竖直向渗流时KVq=q1=q2；F=F1=F2ΔH=ΔH1+ΔH2KV=∑Kihi/∑(hi/KI)受渗透系数最小的土层控制Δh1Δh2qFk1k2k1k2q1q2h1h2qh1h24．成层土的渗透系数10（1）土的矿物成分：蒙脱石含量↑，或有机质↑，则K↓（2）粒度成分：粗↑，浑圆↑均匀↑则K↑（3）结合水膜厚度↑,K↓；厚度↓，K↑（4）土的结构构造：黄土KV》Kn，夹砂粘土KV

5、透系数值K20:K20=kTηT/η205影响渗透性的因素T、20分别为T℃和20℃时水的动力粘滞系数，可查表（6）土中气体：含密闭气泡↑，K↓11【例】设做变水头渗透试验的粘土试样的截面积为30cm2，厚度为4cm，渗透仪细玻璃管的内径为0.4cm，试验开始时的水位差为160cm，经时段15分钟后，观察得水位差为52cm，试验时的水温为30℃，试求试样的渗透系数【解答】已知试样截面积A=30cm，渗径长度L=4cm，细玻璃管的内截面积h1=160cm，h2=52cm，△t=900s试样在30℃时的渗透系数12三渗流力及流砂与管涌现象1.渗流力GD——水流作用在

6、单位体积土体中土颗粒上的力称为渗流力，也称动水力Δh2h1h21L水流流经这段土体，受到土颗粒的阻力，阻力引起的水头损失为h土粒对水流的阻力应为水柱隔离体平衡条件水柱重力土颗粒对水总的阻力渗透力是一种体积力，其大小与水力坡降成正比，作用方向与渗流方向一致，单位为kN/m3（矢量）132.流砂、管涌与临界水头梯度——流砂——当向上的GD与土的浮重度相等时，即GD=γω·I=γˊ=γsat-γω，这时土颗间的压力等于零，土颗粒将处于悬浮状态而失去稳定，该现象称为流砂。临界水力坡降(梯度)———土在水下的浮重度G’为γˊ，当向上的渗流力GD与土的浮重度相等时，其水力坡降即

7、为临界水力坡降工程中，将土的临界水力坡降除以某一安全系数Fs(2～3)，作为允许水力坡降[i]。G’GD或14管涌——水在砂性土中渗流时，土中的一些细小颗粒在动水作用下，可能通过粗颗粒的孔隙被水带走的现象。讨论：1流砂发生在土体表面渗流逸出处，不发生在土体内部，而管涌两者都可能发生。2流砂主要发生于细、粉砂及粉质粘土中，而在粗颗粒土及粘土中不易发生。3管涌的临界水头梯度与土的颗粒大小及其级配情况有关。不均匀系数Cu↑，则Icr↓，图2-10图2-10流砂引起破坏示例a)基坑因流砂失稳b)河堤覆盖层下流砂涌出a)b)15图2-11例2-1围护结构坑底hw【解】发生