第二章 土的渗透性及水的渗流

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1、土的渗透性：土是具有连续孔隙的介质。当土作为建筑物的地基和直接用作建筑材料时，水就会在水位差的作用下，从水位较高的一侧透过土的孔隙流向水位较低的一侧。这种土体被水透过的性能，称为土的渗透性(permeability)。水透过土体孔隙的现象称为渗透。渗透结果：水在土体中的渗透，一方面会造成水量的损失，影响工程效益；另一方面将引起土体内部的应力状态的变化，从而改变水工建筑物或地基的稳定条件，严重时还会酿成破坏事故。意义：土的渗透性的强弱，对土体的固结、强度以及工程施工都有非常重要的影响.水的问题水的问题指在工程中由于水本身引起的工程问题，如基坑、隧道等开挖工程中普遍存在地下

2、水渗出而出现需要排水的问题；相反在以蓄水为目的的土坝中会由于渗透造成水量损失而出现需要挡水的问题；另外还有一些像污水的渗透引起地下水污染，地下水开采引起大面积地面沉降及沼泽枯竭等地下水环境的问题。也就是说，水自身的量（涌水量，渗水量）、质（水质）、赋存位置（地下水位）的变化引起的问题。土的问题土的问题是指由于水的渗透引起土体内部应力状态的变化或土体、地基本身的结构、强度等状态的变化，从而影响建筑物或地基稳定性或产生有害变形的影响，在坡面、挡土墙等结构物中常常会由于水的渗透而造成内部应力状态的变化而失稳；土坝、堤防、基坑等结构物会由于管涌逐渐改变地基土内的结构而酿成破坏事

3、故；非饱和的坡面会由于水分的渗透而造成土的强度的降低而引起滑坡。§2.1土的渗透定律一、土中渗流的总水头与水力梯度土中一点的总水头由三项组成：势水头z、静水头hw和动水头hv，即：由于水在土中渗流的速度一般很小，hv≈0，因此式中u为该点的静水压力2021/8/24A、B两点的总水头分别表示为：A、B两点间的总水头差：△h代表单位重量液体从A点向B点流动时，为克服阻力而损失的能量。水力梯度:水力坡降i的物理意义为单位渗流长度上的水力损失。L为A、B两点间的渗流途径。例2-1如图，求1.a-a、b-b、c-c静水头和总水头。2.a-a至c-c,a-a至b-b,b-b至c-

4、c的水头损失；3.水在土样中渗流的水力梯度。[解]取c-c为基准面1.za=15+5=20cmhwa=10cmha=za+hwa=30cmzc=0hwc=5cmhc=zc+hwc=5cma-a至c-c水头损失△hac=ha-hc=25cmhb=hc+5△hac/(15+5)=11.25cmZb=5hwb=hb-zb=6.25cm2.a-a至c-c水头损失△hac=ha-hc=25cma-a至b-b水头损失△hab=ha-hb=18.75cmb-b至c-c水头损失△hbc=hb-hc=6.25cm3.i=△hac/(15+5)=25/20=1.25二、达西定律(Darcy

5、’slaw)水在土中渗流的速度v与水力梯度i成正比：或：水在土中的渗透速度和试样两端水面间的水位差成正比，而与渗径长度成反比。v—断面平均渗透速度，单位m/s或m/d；k—土的渗透系数单位同v.砂土的水力梯度与渗透速度呈线性关系，符合达西渗透定律。流速与水力梯度的关系－砂土适用范围：适用于层流范围，如砂土和一般的粘性土，很粗的土或粘性很强的致密粘土不适合。单位时间流过土截面A的水量q流速与水力梯度的关系－粘土对于密实的粘土，由于吸着水具有较大的粘滞阻力，因此，只有当水力梯度达到某一数值后，克服了吸着水的粘滞阻力以后，才能发生渗透。我们将这一开始发生渗透时的水力梯度成为粘

6、性土的起始水力梯度ib粘性土不但存在起始水力梯度，而且当水力梯度超过起始水力梯度后，渗透速度与水力梯度的规律还偏离达西渗透定律而呈非线性关系。为方便，用虚直线来描述密实粘土地渗透速度与水力梯度的关系，用以下形式表示。流速与水力梯度的关系－砾土在粗粒土中（砾、卵石等），只有在小的水力梯度下，渗透速度与水力梯度才呈非线性关系，而在较大的水力梯度下，水在土中流动进入紊流状态，渗透速度与水力梯度呈非线性关系，此时达西定律同样不能适用例2-2如图，已知：土样面积A=300cm2,k1=0.025cm/s,k2=0.15cm/s,求:i1和i2和q解：总水头损失△h=△h1+△h2

7、＝40cm又v1=v2k1×△h1/L1=k2×△h2/L2△h1=30cm,△h2＝10cmi1=1.5,i2＝0.25q=kAi=11.25cm3/s2021/8/24§2.2渗透系数及测定一、渗透系数的意义及影响因素◎渗透系数k可用着评价土渗透性大小的指标：k值大，说明土的渗透性强，即易透水；k值小，说明土的渗透性弱，即不易透水。各种土的渗透系数经验值见P42表2-1。2021/8/24◎渗透系数的影响因素：（1）土的性质对k值的影响粒径大小与级配：影响最大。孔隙比或孔隙率：影响最大。矿物成分：可交换的Na+越多，渗透系数越大。结构