土力学第三章土的渗透性

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1、土的渗透性的概念水的渗透：指水在水力坡降的作用下，流过土中连通孔隙的现象。土的渗透性：指土体具有让水透过的性能。水力坡降：指土体两端的水头与要流过的土体厚度之比。水要在土体中发生流动，必须达到一定的水力坡降。砂土的达西定律砂土的达西定律：当水流处于层流状态时，砂土的渗透速度与水力坡降成正比。砂土的渗透性：砂土颗粒较粗，颗粒之间不存在连接力，只要存在水力坡降，水在砂土中就会发生流动。渗透系数：指水力坡降等于1时的渗透速度。反映土体渗透性的大小。粘性土的达西定律粘性土的达西定律：当水流处于层流状态时，粘性土的渗透速度与水力坡降成正比。起始水力

2、坡降ib：由于粘性土的颗粒之间存在连接力所致。粘性土的渗透性：相同水力坡降条件下，水在砂土中可以流动，而在粘性土中只有水力坡降大于起始水力坡降时才流动渗透系数的测定试验方法：常水头试验、变水头试验常水头试验：在试验过程中水头始终保持不变，适用于粗粒土。测定在一定时间内流出的水量计算渗透系数。变水头试验：在试验过程中水头不断变化，适用于细粒土。测定水头下降一定高度所需要的时间计算渗透系数。渗透试验简图常水头试验：试验过程中，h保持不变变水头试验：试验过程中，h随时间变化（下降）土的透水性划分根据渗透系数的大小，土的透水性划分为三类：强透水性

3、土：k>10-2cm/s中等透水性土：k=10-3cm/s~10-5cm/s弱透水性土：k<10-6cm/s实际工程中，根据实际部位的要求，选择相应透水性的土体。渗透系数的影响因素-1影响因素：颗粒大小和级配、孔隙比、水的动力粘滞系数、封闭气体、有机质和胶体颗粒、成层土颗粒大小和级配的影响：颗粒大，渗透系数大；颗粒小，渗透系数小。级配不均匀的渗透系数小于级配均匀的渗透系数，说明级配越不均匀，渗透系数越小；级配越均匀，渗透系数越大。孔隙比的影响：土越松散，孔隙比越大，则渗透系数越大；土越紧密，孔隙比越小，则渗透系数越小。有机质和胶体颗粒的影

4、响：有机质越多，胶体颗粒含量越少，渗透系数越大。渗透系数影响因素-2水的动力粘滞系数的影响：渗透系数k随温度的变化而变化。渗透系数以10C时的温度为准，其它温度下的渗透系数kT需换算成10C下的渗透系数k10：k10=kT.T/10（是水的动力粘滞系数）封闭气体的影响：土中气体分为两部分：自由气体、封闭气体。封闭气体的存在，会阻塞通道，影响土的渗透性。封闭气体含量越多，则渗透系数越小。成层土的影响：水平方向的渗透系数总是大于垂直方向的渗透系数。成层土的渗透性因为土实际上是成层分布的，所以存在着平行层理方向和垂直层理方向的渗透系数

5、。平行层理方向的渗透系数两层土的渗透系数：具有以下特性：1）各层的水力坡降相等，即i=i1=i2；2）总渗流量等于各分层流量之和，即q=q1+q2则两层土的水平向渗透系数为：n层土的渗透系数：垂直层理方向的渗透系数两层土的渗透系数：具有以下特性：1）总水头等于两部分水头损失之和，即h=h1+h2，即iH=i1H1+i2H2；2）各层的渗流量相等，即q=q1=q2。则两层土的垂直向渗透系数为：n层土的渗透系数：讨论水平方向的渗透系数总是大于垂直方向的渗透系数kx>ky说明：1）如果成层土的厚度大致相同，而渗透系数又相差比较大的情况下，水平方

6、向的渗透系数取决于透水性最大一层的渗透系数；2）垂直方向的渗透系数则取决于最不透水一层的渗透系数。有效应力和孔隙水压力外荷载分担：外加荷载作用在土体上，一部分由土颗粒承担，一部分由孔隙水承担，一部分由孔隙气体承担。对于饱和土，外加荷载只由土颗粒和水承担。总应力：指外荷载作用在土体上的总的应力。有效应力：指土体中的土颗粒所承担的外荷载部分所产生的应力。孔隙水压力：指土体中的水所承担的外荷载部分所产生的应力。总应力、有效应力和孔隙水压力之间存在关系。有效应力原理有效应力原理：指土体在外荷载作用下，孔隙水压力和有效应力之和始终等于总应力。孔隙水

7、压力增加，必然引起有效应力减小；孔隙水压力减小，必然引起有效应力增大，增加的量和减小的量相等。计算简图分析a-a、b-b水平面上的总应力、孔隙水应力和有效应力渗流方向：1）不发生渗流h=02）从上往下h<03）从下往上h>0静水条件下的有效应力原理b-b平面上的应力：总应力为：=h1+sath2孔隙水应力为：u=h1+h2则有效应力为：=-u=sath2-h2=h2讨论：1）有效应力与土深成正比，而与水深无关，它是土柱的有效重量（因为水下的土粒受到水的浮力作用，其重量按浮容重计算），成三角形分布；2）孔

8、隙水应力与水深成正比，也成三角形分布。稳定渗流条件下的有效应力原理-1渗流从上到下：在a-a平面上：孔隙水应力u=h1有效应力=0则总应力=+u=h1在b-b平面上：总应力