土的渗透性和渗流

《土的渗透性和渗流》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第3章土的渗透性和渗流3.1概述主要内容：土的渗透性和渗透规律研究对象：饱和土体“土中的水并非处于静止不变的状态，而是运动着的”土的渗透性问题土的固结问题土的毛细现象冻结时水分移动7/5/2021河滩路堤下的渗流7/5/20213.2土的渗透性和渗流定律3.2.1渗透性土孔隙中的自由水在重力作用下发生运动的现象。渗流模型基本假定：不考虑渗流路径的迂回曲折，只分析它的主要流向；图3-1渗流模型认为孔隙和土粒所占的空间之总和均为渗流所充满。同一过水断面，渗流模型的流量等于真实渗流的流量；图3-1渗流模型任一界面上，渗流模型的压力与

2、真实渗流的压力相等；相同体积内，渗流模型所受阻力与真实渗流相等。1.渗流速度断面面积为A，通过的渗透流流量为q，则平均流速为：v=q/A真实渗流仅发生在孔隙面积A内，因此真实流速为：v0=q/A于是v/v0=A/A=n“模型的平均流速要小于真实流速”能量是用水头来表示，Bernoulli’sEquation：2.水头如果忽略流速的影响，则3.水头差(A点与B点)水力梯度:单位流程总水头的变化4.水力坡降水头的大小随选取的基准面不同而不同；注意：最关心的不是水头而是水头差；水在土中的渗流是从高水头向低水头流动。例3-1求：

3、（1）截面的位置水头、压力水头和总水头（2）截面之间的水头损失和水力梯度解：5255abcabc总水头变化：水力梯度：5255abcabc法国学者达西(Darcy),砂土实验结果（1852-1855）渗透速度与水头梯度成正比：v=ki或q=kiA式中：v—渗透速度(m/s)；i—水头梯度；k—渗透系数(m/s)；q—渗透流量(m3/s)A—截面积。图3-4Darcy渗透定律3.2.2Darcy渗透定律7/5/2021例题3-2两种土,土样1位于土样2的上部，长度都是20cm,总水头损失40cm，土样l渗透系数为0.03cm/s

4、，土样2水力坡降为0.5。求土样2的渗透系数和土样1的水力坡降。图3-4Darcy渗透定律[解]水头损失之和等于总水头损失：h1+h2=h=40cm根据水力坡降的概念，有i2=h2/L2=0.5，而L2=20cm得h2=10cmh1=hh2=4010=30cm7/5/2021[解]土样1的水力坡降i1=h1/L1=1.5水在土样1和土样2中渗流时的速度相同:v=k1i1=k2i2得k2=0.09cm/s。图3-4Darcy渗透定律例题3-2两种土,土样1位于土样2的上部，长度都是20cm,总水头损失40c

5、m，土样l渗透系数为0.03cm/s，土样2水力坡降为0.5。求土样2的渗透系数和土样1的水力坡降。7/5/2021达西定律只适用于层流适用于中砂、细砂、粉砂等粗砂、砾石、卵石等粗颗粒土不适合。图3-5水力坡度与渗流速度关系3.2.3Darcy定律适用范围粘土不完全符合达西定律，需进行修正图3-6砂土和粘土的渗透规律粘土中存在起始水头梯度i0修正后：v=k(i-i0)图3-6绘出砂土与粘土的比较。关于起始水力坡降是否存在也有不同观点。3.2.4渗透系数的测定1.常水头渗透试验图3-7常水头渗透试验则得故渗透系数为截面积为A，流

6、径L；压力水头维持不变；试验开始时，水自上而下流经土样；待渗流稳走后，测得水量Q；同时读得a、b两点水头差h。7/5/2021常水头渗透试验装置7/5/20212.变水头渗透试验图3-8变水头渗透试验土样的截面积A，高度为L储水管截面积为a试验开始储水管水头为h0经过时间t后降为h1时间dt内水头降低dh，水量为：dQ=-adh另外dQ=kiAdt=k(h/L)Adt流入和流出相等：adh=k(h/L)Adt由此求得渗透系数：整理并积分得即变水头渗透试验装置7/5/20213.现场抽水试验图3-9抽水试验粗颗粒土或

7、成层的土，室内试验时不易取得原状土样；小土样不能反映天然土层的结构性。现场方法：野外注水试验和野外抽水试验等抽水量为Q观测孔距离分别为rl和r2，水位高度h1和h2r处水面高度h，过水断面A＝2rh图3-9抽水试验图3-9抽水试验即：两边积分：故渗透系数为分析表3-1渗透系数值:可见：不同土类的渗透系数值差异很大表3-1渗透系数参考值渗透系数的测定十分重要（1）土的粒度成分及矿物成分。（2）结合水膜厚度。（3）土的结构构造。（4）水的粘滞度。4.影响土的渗透性的因素3.3渗流破坏和控制3.3.1渗透力的计算（a）水土整体（b

8、）土骨架（c）水图3-10土颗粒和水受力示意图“它是体积力”概念：水流作用在单位体积土体中土颗粒上的力。计算原理：（a）水土整体（b）土骨架（c）水(1)沿流线方向取一截面积为A，长为L的土样。(2)讨论作用在土样上的力（a）水土整体（b）土骨架（c）水水土整体a．流入面的静