土的渗透性及渗流

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1、§3.1概述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。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§3土的渗透性及渗流渗透的定义及土的渗透性水透过土体孔隙的现象成为渗透土具有被水透过的性能称为土的渗透性水在土体中的渗透，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。土的渗透性的强弱，对土体的固结、强度以及工

2、程施工都有非常重要的影响§3土的渗透性及渗流概述3.2.1渗流基本概念§3土的渗透性及渗流§3.2土的渗透性一．渗流中的水头(伯努力定理1738)ABL透水层不透水层基坑板桩墙ABLh1h2zAzBΔh00基准面水力坡降线总水头－单位质量水体所具有的能量z：位置水头p/γw：压力水头V2/(2g)：流速水头≈0A点总水头：B点总水头：总水头：水力坡降：§3土的渗透性及渗流§3.2土的渗透性3.2.1渗流基本概念§3土的渗透性及渗流§3.2土的渗透性3.2.2层流渗透定律Darcy渗透定律(1855)由

3、于土中孔隙一般非常微小，水在土体中流动时的粘滞阻力很大，流速缓慢层流即:相邻两个水分子运动的轨迹互相平行而不混流Δh↑，q↑A↑，q↑L↑，q↓断面平均流速水力坡降达西定律渗透定律§3.2土的渗透性§3土的渗透性及渗流在层流状态的渗流中，渗透速度v与水力坡降i的一次方成正比，并与土的性质有关。3.2.2层流渗透定律注意：AAvV：假想渗流速度，土体试样全断面的平均渗流速度Vs：实际平均渗流速度，孔隙断面的平均渗流速度A>Avq＝VA＝VsAvk:反映土的透水性能的比例系数，称为渗透系数物理意义：水力坡

4、降i＝1时的渗流速度单位：mm/s,cm/s,m/s,m/day§3.2土的渗透性§3土的渗透性及渗流3.2.2层流渗透定律流速与水力梯度的关系－砂土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。§3.2土的渗透性§3土的渗透性及渗流3.2.2层流渗透定律粗粒土：①砾石类土中的渗流不符合达西定律②砂土中渗透速度vcr=0.3-0.5cm/s适用条件ivovcrivoi0层流（线性流）——大部分砂土，粉土；疏松的粘土及砂性较重的粘性土两种特例粘性土：致密的粘土i>i0,v=k(i-i0)§3.2

5、土的渗透性§3土的渗透性及渗流3.2.3渗透试验及渗透系数1.室内渗透试验测定渗透系数室内试验方法1—常水头试验法结果整理试验装置：如图试验条件:Δh，A，L=const量测变量:Q，ti=Δh/Lq=Q/tq=kAi适用土类：透水性较大的砂性土§3.2土的渗透性§3土的渗透性及渗流3.2.3渗透试验及渗透系数1.室内渗透试验测定渗透系数室内试验方法2—变水头试验法试验装置：如图试验条件:Δh变化，A，L=const量测变量:Δh，t透水性较小的粘性土常水头法仅适用于：透水性较大的砂性土tt+Δt§3

6、.2土的渗透性§3土的渗透性及渗流3.2.3渗透试验及渗透系数1.室内渗透试验测定渗透系数室内试验方法2—变水头试验法结果整理:理论依据:t时刻：ΔhΔtdhdQr=-adhdQc=kiAdt=k(Δh/L)AdtdQr=dQc流入量：流出量：连续性条件：-adh=k(Δh/L)Adt选择几组Δh1,Δh2,t，计算相应的k，取平均值(3-12b)§3.2土的渗透性§3土的渗透性及渗流3.2.3渗透试验及渗透系数1.室内渗透试验测定渗透系数常水头试验变水头试验条件已知测定算式取值Δh=constΔh变

7、化Δh，A，LQ，t重复试验后，取均值a，A，LΔh，t不同时段试验，取均值适用粗粒土粘性土§3.2土的渗透性§3土的渗透性及渗流3.2.3渗透试验及渗透系数2.现场测定渗透系数方法同《地下水动力学》略3.影响渗透系数的主要因素粒径大小及级配土的密实度土的结构土的构造水的动力粘滞系数η饱和度（含气量）—对k影响很大，封闭气泡§3.2土的渗透性§3土的渗透性及渗流3.2.3渗透试验及渗透系数4.渗透系数k的经验确定方法(自学教材p70～p7１)５.成层土的等效渗透系数H1H2H3HΔhk1k2k3xzq

8、1xq3xq2xL1122不透水层水平渗流条件:等效渗透系数:qx=vxH=kxiHΣqix=ΣkiiiHi§3.2土的渗透性§3土的渗透性及渗流3.2.3渗透试验及渗透系数５.成层土的等效渗透系数H1H2H3HΔhk1k2k3xz竖直渗流:q承压水条件:等效渗透系数:qi=ki(Δhi/Hi)水平渗流情形垂直渗流情形条件已知等效推定§3.2土的渗透性§3土的渗透性及渗流3.2.3渗透试验及渗透系数５.成层土的等效渗透系数§3.2土的渗透性§3土的渗透性