第2章_土的渗透性与土中渗流课件

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1、第二章土的渗透性与渗流§2.1土中渗流的工程意义§2.2渗流理论§2.3流网及其工程应用§2.4土中渗流的作用力及渗透变形§2.1土中渗流的工程意义返回一、工程渗流研究的课题二、渗流理论及分析计算方法发展地下水——地表下岩、土中的水渗流——水在岩、土体孔隙中流动一、工程渗流研究的课题1、水在多孔介质中的运动2、水对多孔介质及结构的作用3、水的运动与多孔介质的变形间的相互影响返回1、水在多孔介质中的运动水利工程——堤、闸、坝基渗流；土坝、堤身渗流基坑——基坑内降水、周围降水水资源与环境——抽水问题、污水运动、城市地下开发引起的地下水变化、水库浸没关键

2、词：水头、水压力、流速、流量、浸润线等返回北江大堤堤基强透水层渗流堤后地下高承压水2、水对多孔介质及结构的作用水利工程——坝基扬压力、渗透破坏、堤基渗漏、管涌流土基坑——支护的水压力、底拱地下结构——浮力土质边坡——水位骤变、降雨或水管破裂引起边坡破坏关键词：水力坡降、土及结构的强度、稳定性等北江大堤石角段管涌及水井冒砂潮州供水枢纽电厂基坑减压排水抗突涌开挖8m深出现基坑突涌点减压排水后开挖18m深砂沸流砂引起的坡脚沉降开裂用反滤方法治理砂沸北江大堤石角段新会双水电厂工地退潮水位下降，引起岸坡大面积滑入河中返回3、水的运动与多孔介质的变形间的相互影

3、响土的固结——加载、排水与土的变形关系土的强度——孔隙水压力与强度的关系环境——地下水位下降引起地面沉降关键词：孔隙水压力、沉降、有效应力、加载与排水过程这一问题贯穿土力学课程始终软土地区大面积填土引起的地面沉降真空预压处理加速固结沉降返回二、渗流理论及分析计算方法发展1852年Darcy（达西）定律1863年Dupuit（裘布依）假设；缓变流、完整井公式；1925年Terzaghi（太沙基）提出有效应力概念和一维固结理论；1932年Muskat稳定承压不完整井公式1941年Biot（比奥）提出比奥固结理论1950年Bear推出渗流连续性方程早期计

4、算方法：简单解析解，流网、电模拟50年代后，由数学发展，导致较多解析解，近似解。80年代，数值方法发展起来；90年代，非饱和渗流理论发展。返回§2.2渗流理论一、常用关键词二、土的渗透定律——达西定律三、渗透试验四、影响渗透系数的因素五、层状地基的等效渗透系数返回一、常用关键词水在土孔隙中渗透流动的性能称为土的渗透性，或称透水性。渗透性渗透速度渗流水头水力坡降在单位时间内流过土的单位断面面积的距离（水量）。驱动水在土中流动的水头，采用水力学的测压管水头，包含位置水头和压力水头，忽略动能部分。单位流程长度上总水头线的降低值称为水力坡度，驱使水在土中运

5、动。渗透速度在单位时间内流过土的单位断面面积的水量：v=Q/A或v=dQ/dAΔQΔA=ΔxΔz渗透速度是名义量，单位是cm/s，v=Q/A与实际流速数值不同。1、水质点的运动速度2、孔隙中平均流速3、实际平均流速4、水压力传递速度ΔQΔA=ΔxΔz与渗透速度不同的几个速度定义水质点真实运动速度，方向及大小均难以量测。在单位时间内流过土的单位断面中孔隙面积的水量：v'=Q/(n·A)或v'=dQ/(n·dA)水在单位时间内流过的空间距离：v"=dS/dt=Q/(ne·A)，可通过示踪方法测出。ne为“有效孔隙率”，是虚拟量。上限为应力波（声波）传递

6、速度，与渗透系数及土的压缩性有关。孔隙率、有效孔隙率与渗透系数土类孔隙率n有效孔隙率ne渗透系数k(cm/s)砂质砾砾质砂中砂粉砂砂壤土粘壤土粉质粘土0.25～0.350.28～0.350.30～0.380.33～0.400.35～0.450.40～0.550.45～0.650.20～0.250.15～0.200.10～0.150.08～0.120.05～0.100.03～0.080.02～0.053x10-1～5x10-21x10-1～2x10-24x10-2～1x10-22x10-2～1x10-35x10-3～1x10-45x10-4～1x10

7、-6≈10-6渗流水头总水头：H=z+p/γ+u2/2g测压管水头：H=z+p/γz为位置水头，可任意选定基准面。p/γ为压力水头。p=γ(H-z)渗流水头一般取测压管水头渗流场中各点水头H构成一个标量场：均匀渗流场中H1、H2为同一流线上两点处的水头值，l为两点间距水不是向位置低处流，是向水头低处流！水力坡度i为一个矢量：方向为水头下降最快的方向，大小为在该方向单位距离的下降量：水力坡度(坡降)沿流动方向管流→返回二、土的渗透定律——达西定律由达西试验可得：k——渗透系数按渗透速度和水力坡度的定义，可得：推广到一般情况：达西渗透试验沿流动方向管流

8、→在砂土中水的流动符合达西定律（图中a线）在粘性土中，当水力梯度达到一定量值i1后才开始发生渗流。i1为起始梯度。（图中b