土的渗透性和渗流问题《土质学与土力学》教学课件

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1、《土质学与土力学》安徽理工大学资源与环境工程系第四章土的渗透性和渗流问题☆概述☆土的渗透性☆二维渗流与流网☆渗透力和渗透变形孔隙水在水头差作用下渗透：水透过土体孔隙的现象渗透性：土允许水透过的性能称为土的渗透性造成水量损失，影响工程效益引起土体内部应力状态的变化，从而改变水土建筑物或地基的稳定条件，甚者还会酿成破坏事故本章将主要讨论水在土体中的渗透性及渗透规律，以及渗透力、渗透变形等问题。概述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概述渗水压力渗流量渗透变形透水层不透水层基坑板桩墙板桩围护下的基坑渗流概述渗流量透水层不透水层天然水面水井渗流

2、漏斗状潜水面Q概述渗流量原地下水位渗流时地下水位渠道渗流概述概述Teton坝概况：土坝，高90m，长1000m，建于1972-75年，1976年6月失事损失：直接8000万美元，起诉5500起，2.5亿美元，死14人，受灾2.5万人，60万亩土地，32公里铁路原因：渗透破坏－水力劈裂概述Teton坝1976年6月5日上午10:30左右，下游坝面有水渗出并带出泥土。概述Teton坝11：00左右洞口不断扩大并向坝顶靠近，泥水流量增加概述Teton坝11:30洞口继续向上扩大，泥水冲蚀了坝基，主洞的上方又出现一渗水洞。流出的泥水开始冲击坝趾处的设施。11：50左右洞口扩大加速

3、，泥水对坝基的冲蚀更加剧烈。Teton坝概述概述11:57坝坡坍塌，泥水狂泻而下Teton坝概述12：00过后坍塌口加宽Teton坝概述洪水扫过下游谷底，附近所有设施被彻底摧毁Teton坝失事现场目前的状况Teton坝概述土的渗透性一、达西定律1856年法国学者达西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v=ki达西定律水力梯度，即沿渗流方向单位距离的水头损失土的渗透性二、达西定律适用范围与起始水力坡降达西定律讨论：砂土的渗透速度与水力梯度呈线性关系密实的粘土，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

4、非线性关系ib起始水力坡降虚直线简化达西定律适用于层流，不适用于紊流v=kiivO砂土0iv密实粘土土的渗透性水头：单位重量的水所具有的能量。水力梯度（坡降）总水头线总水头＝势水头＋压力水头＋动水头土的渗透性三、渗透系数及其确定方法渗透试验（室内）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（k>10-3cm/s）的土，例如砂土。土的渗透性2.变水头试验————整个试验过程水头随时间变化截面面积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dV=－adh在时段dt内流经试样的水量dV=kiAd

5、t=kAh/Ldt管内减少水量＝流经试样水量－adh=kAh/Ldt分离变量积分适用于透水性差，渗透系数小的粘性土土的渗透性四、影响渗透系数的因素1.土粒大小与级配细粒含量愈多，土的渗透性愈小，例如砂土中粉粒及粘粒含量愈多时，砂土的渗透系数就会大大减小。2.土的密实度3.水的动力粘滞系数同种土在不同的密实状态下具有不同的渗透系数，土的密实度增大，孔隙比降低，土的渗透性也减小。动力粘滞系数随水温发生明显的变化。水温愈高，水的动力粘滞系数愈小，土的渗透系数则愈大。4.土中封闭气体含量土中封闭气体阻塞渗流通道，使土的渗透系数降低。封闭气体含量愈多，土的渗透性愈小。T、20分

6、别为T℃和20℃时水的动力粘滞系数，可查表土的渗透性H1H2H3HΔhk1k2k3xzq1xq3xq2xL五.层状地基的等效渗透系数1122不透水层水平渗流条件:等效渗透系数:qx=vxH=kxiHΣqix=ΣkiiiHi土的渗透性H1H2H3HΔhk1k2k3xz五.层状地基的等效渗透系数竖直渗流:v承压水条件:等效渗透系数:vi=ki(Δhi/Hi)土的渗透性水平渗流情形垂直渗流情形条件已知等效推定五.层状地基的等效渗透系数二维渗流与流网一、稳定渗流场中的拉普拉斯方程①与kx,kz无关②满足它的是两个共轭调合函数——势函数和流函数连续性条件达西定律假定Laplace方

7、程特点描述渗流场内部的测管水头的分布，是平面稳定渗流的基本方程式1.基本方程土的渗透性二维渗流与流网2.求解方法确定渗流场内各点的测管水头h的分布基本方程边界条件定解条件一、稳定渗流场中的拉普拉斯方程二维渗流与流网二、流网的特征及应用流网——渗流场中的两族相互正交曲线——等势线和流线所形成的网络状曲线簇。流线——水质点运动的轨迹线。等势线——测管水头相同的点之连线。流网法——通过绘制流线与势线的网络状曲线簇来求解渗流问题。H△h0二维渗流与流网二、流网的特征及应用基本要求1.正交性：流线与等势线必须正交H△h0lsls2.各个