土的渗透性与渗流2

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1、第3章土的渗透性及渗流土的渗透性、渗透系数土中二维渗流及流网渗透破坏与控制主要内容第3章土的渗透性及渗流达西定律渗透系数及其确定方法熟悉流网渗透力与渗透变形渗流工程问题与处理措施重点掌握内容§3.1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H隧道开挖时，地下水向隧道内流动在水位差作用下，水透过土体孔隙的现象称为渗透相互关联相互影响渗透在水位（头）差作用下，水透过土体孔隙的现象渗透性土体具有被液体透过的性质土的强度土的变形土的渗流渗透性研究的三个方面渗流量问题渗透破坏问题渗流控制问题§3.

2、2土的渗透性(达西定律)3.2.2土的层流渗透定律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1、达西定律i=h/Lk渗透系数cm/s砂土的渗透速度与水力梯度呈线性关系v=kiivO砂土v=kiq=kAik是反映土体透水能力大小的综合性指标k越大土的透水能力越强i=h/L渗透定律2、达西定律适用范围与起始水力坡降密实的粘土，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

3、离达西定律而呈非线性关系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0iv密实粘土V=k(i-ib)讨论砂土、粘性土：小水流为层流，渗透规律符合达西定律，-i为线性关系粗粒土：i小、大水流为层流，渗透规律符合达西定律，-i为线性关系i大、大水流为紊流，渗透规律不符合达西定律，-i为非线性关系§3.2.3渗透试验与渗透系数1、渗透试验（室内）时间t内流出的水量常水头试验—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。Q=qtk=QL/Aht2.

4、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dQ=－adh在时段dt内流经试样的水量dQ=kiAdt=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3、影响渗透系数的主要因素(1)土的粒度成分土粒愈粗、大小愈均匀、形状愈圆滑，渗透系数愈大细粒含量愈多，土的渗透性愈小，(2)土的密实度土的密实度增大，孔隙比降低，土的渗透性也减小土愈密实渗透系数

5、愈小土的饱和度愈低，渗透系数愈小(4)土的结构扰动土样与击实土样，土的渗透性比同一密度原状土样的小(3)土的饱和度(5)水的温度(水的动力粘滞系数)水温愈高，水的动力粘滞系数愈小土的渗透系数则愈大(6)土的构造水平方向的h>垂直方向vT、20分别为T℃和20℃时水的动力粘滞系数，可查表4、渗透系数k的经验确定方法洁净不含细粒土的松砂k=1.0-1.5(d10)2黏性土k=C3(en/1+e)较密实、击实砂土k=0.35(d15)2（1）与层面平行的渗流的情况(水平渗透系数)H1H2H3k1k2

6、k3Hq1xq2xq3xqx通过整个土层的总渗流量qx应为各土层渗流量之总和5、成层土的等效渗透系数H1H2H3k1k2k3Hq1xq2xq3xqx达西定律整个土层与层面平行的渗透系数平均渗透系数(2)垂直渗透系数H1H2H3k1k2k3H根据水流连续定理，通过整个土层的渗流量等于通过各土层的渗流量q3yq2yq1yqy各土层的相应的水力坡降为i1、i2、…、in，总的水力坡降为i总水头损失等于各层水头损失之和代入H1H2H3k1k2k3H垂直渗透系数q3yq2yq1yqy整个土层与层面垂直的渗透系数

7、Kx近似由最不透水(最小)的一层渗透系数和厚度控制由最透水(最大)的一层渗透系数和厚度控制Ky近似水平向Kx>垂直向Ky成层土:四、例题分析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§3.3土中

8、二维渗流及流网3.3.1二维渗流方程拉普拉斯方程(平面稳定渗流的基本方程式)a′不透水层abb′sscHEz1h1zE3.3.2流网特征与绘制数学解析法电模拟法数值法拉普拉斯方程表明,渗流场内任意点水头是坐标位置的函数h=f(x,z)求解拉氏方程四种方法:图解法知道了水头分布,即可确定渗流场的其他特征水头梯度i渗透压力J渗流场渗流量q孔隙水压力u流速v1.流网的特征等势线渗流场中势能或水头的等值线流网流线水质点的流动路线流线等势线组成的曲线正交网格a′不