土力学-土的渗透性及渗流

《土力学-土的渗透性及渗流》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、第二章土的渗透性及渗流问题一、土的渗透性permeability及土中渗流seepage2.土中渗流与工程的关系（1）渗透变形及破坏问题因渗流造成土体变形甚至破坏。（2）渗流量的问题土坝坝身、坝基、渠道等的渗漏水量估算；基坑开挖渗水量及排水量计算；水井供水量估算。1.土的渗透性土中孔隙相互连通，因此水或其他液体能够在土中流动，形成渗流，这种性质称为土的渗透性。基坑开挖中的渗流问题降水前的地下水位需降至坑底以下控制因降水产生的土层变形，避免对周围建（构）筑物、道路、地下管线等产生不良影响。设置降水系统，将地下水位降至坑底以下，使基础和地下室可正常施工。管

2、井降水潜水泵水头hydraulichead：单位重量的水所具有的能量。（故量纲为长度）二、土的渗透定律——Darcy定律总水头势水头静水头动水头测压管水头孔隙水压渗流速度1.渗流中的总水头和水力梯度（1）基本原则连续性原理能量方程（Bernoulli方程）（2）水力梯度位置水头压力水头速度水头土中渗流速度通常较小，可忽略水作为不可压缩流体，渗流过程中流量守恒。水力梯度（水力坡降）hydraulicgradient：单位流程的水头损失。总水头线测压管piezometertubeAB流程（渗流路径）水力梯度进水123.Darcy渗透定律在层流sheetfl

3、ow状态下，有（Darcy，1856）平均流速流量土样的截面积渗透系数水力梯度（2）Darcy定律是计算分析土的渗流、渗透固结问题的重要基础。HenryPhilibertGaspardDarcy(1803-1858)1803年6月10日出生于法国第戎（Dijon）。他于1839～1840年设计和主持建造了第戎镇的供水系统（比巴黎早20年）。砂滤板碎石（1）v=q/A称为平均流速dischargevelocity，它不是渗流的真实速度。因为A不是真正的过水面积，而且水在土中的实际渗流路径是非常复杂的。cm/scm/s1）砂土及一般黏性土中的渗流通常为层流

4、，故Darcy定律适用。2）砾及以上的粗粒土在水力梯度较大时形成紊流，Darcy定律不适用。3）黏性很强的致密黏土，水力梯度较小时不发生渗流，且v-i之间为非线性关系。（3）Darcy定律的适用范围iv0vcr砾及以上的粗粒土i0iv0致密黏土（通常，工程中仍近似采用此关系。）使用时，可简化为用于渗透性较好的土三、渗透系数coefficientofpermeability及测定方法（1）常水头渗透试验constantheadpermeabilitytest由Darcy定律由于可得渗透系数1.渗透系数测定方法温度为T时的渗透系数标准温度下的渗透系数粘滞系

5、数进水土样滤板（2）变水头渗透试验fallingheadpermeabilitytest用于渗透性较差的土2）平均流速计算3）水力梯度计算1）由Darcy定律4）求渗透系数水头下降t1t2t出水变水头管的截面积土样截面积将②、③代入①，并积分①②③水头差t+dt时间水头dt时间内流过土样的水量（3）现场抽水试验pumptest,permeabilitytest适用于粗颗粒土1）由Darcy定律抽水井观测孔1观测孔2hr1rr2h1h2粗粒土层不透水层①②③2）平均流速计算单位时间的抽水量3）水力梯度计算4）求渗透系数将②、③代入①，并积分dhdr（总水

6、头线）地下水位2.渗透系数的影响因素（1）土颗粒的粒径及级配有效粒径Hazen（1911）通过对砂的试验发现：土的渗透性由其中的小颗粒控制渗透系数（2）孔隙比系数决定渗流通道的大小某土的渗透系数决定过水断面面积的大小砂土黏性土孔隙比越大，渗透性越好孔隙比e>0.25mm粒径的质量比d10该土的渗透系数(重塑)该土的渗透系数（原状）用于对比的中砂（>0.25mm）0.970%0.01mm约1.0×10-6cm/s约1.0×10-4cm/sa×10-2~a×10-3cm/s＜＜（4）土的结构和构造（5）土的饱和度（6）水的动力粘滞度dynamiccoeff

7、icientofviscosity黏性土：絮凝结构>分散结构。层状土：水平和竖向的渗透系数不等。不饱和土中的气泡会降低渗透性。（3）矿物成分渗透系数：蒙脱石<伊利石<高岭石。结合水膜使通道减小。温度越低，粘滞度越大，渗透系数越小。土的类型渗透系数土的类型渗透系数砾石、粗砂a×10-1~a×10-2粉土a×10-4~a×10-6中砂a×10-2~a×10-3粉质黏土a×10-6~a×10-7细砂、粉砂a×10-3~a×10-4黏土a×10-7~a×10-10土的渗透系数范围（cm/s）重塑原状约1.0×10-6cm/s约1.0×10-4cm/s某土原状与

8、重塑时的渗透系数3.成层土的平均渗透系数顺向渗流时总流量等于各土层流量之和（各层的水力梯度相等