土力学-第三章土的渗透性及渗流

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1、第3章　土的渗透性及渗流3.1概述3.2土的渗透性3.3土中二维渗流及流网（了解）3.4渗透破坏与控制第3章　土的渗透性及渗流3.1概述3.2土的渗透性3.3土中二维渗流及流网（了解）3.4渗透破坏与控制3.1概述在饱和土中，水充满整个孔隙，当土中不同位置存在水位差时，土中水就会在水位能量作用下，从水位高（即能量高）的位置向水们低（即能量低）的位置流动。渗透:液体（如土中水）从物质微孔（如土体孔隙）中透过的现象渗透性（透水性）：土体具有被液体（如土中水）透过的性质渗流：液体（如地下水、地下石油）中的流动问题渗流力（渗透力

2、）：土中的渗流对土颗粒施加的作用力3.1概述土的渗透性的主要研究内容包括：渗流量问题：如基坑的渗水和排水；土堤坝身、坝基土中的渗水量；水井的供水量或排水量。渗透破坏问题：当渗透力过大时就会引起土颗粒或土体的移动，产生渗透变形，甚至渗透破坏。如边坡破坏、地面隆起，堤坝失稳等。渗流控制问题：研究工程措施进行渗流控制，以满足渗流量或渗透变形的设计要求。水在土体中的渗流的影响：引起水量损失或基坑积水，影响工程进度和收益引起土体变形，改变构筑物或地基的稳定条件，影响工程安全。土的渗透性是反映土的孔隙性规律的基本内容之一第3章　土的

3、渗透性及渗流3.1概述3.2土的渗透性3.3土中二维渗流及流网（了解）3.4渗透破坏与控制土的层流渗透定律3.2.2渗流的基本概念3.2.1渗透试验及渗透系数3.2.33.2土的渗透性3.2.1渗流的基本概念水在土中的渗流是由水头差或水力梯度引起的，根据D.伯努利（1738)定理。水头式中：h—总水头，m；v—流速，m/s；g—重力加速度，m/s2；p—水压，kPa；γw—水的重度，kN/m3；z—基准面高程，m水在土中的渗流，速度很慢，因此由速度引起的水头项可以忽略。则水头速度，v3.2.1渗流的基本概念ABA、B两点

4、的水头差为：水力梯度i：在含水层中沿水流方向每单位距离的水头下降值。在大多数情况下，土中水的渗流基本处于层流状态，即或3.2.2土的层流渗透定律层流：即相邻两个水分子运动的轨迹相互平行而不混流。式中：q—单位渗水量，cm3/s；v—断面平均渗流速度，cm/s；i—水力梯度或水力坡降；k—土的渗透系数，cm/s达西定律：在层流条件下，土中水渗流速度与能量（水头）损失之间的关系的渗流规律Δh1h2达西根据实验发现，单位时间内的渗出水量q与圆筒断面积A和水力梯度i成正比，且与土的透水性质有关写成等式（达西定律表达式）达西定律砂

5、土的渗透速度与水力梯度呈线性关系密实的粘土，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v=kiivO砂土0iv密实粘土3.2.2土的层流渗透定律3.2.2土的层流渗透定律公式中用的是土样的整个断面积，其中包括了土粒骨架所占的部分面积在内，而土粒本身是不透水的，因此过水断面积Ar是小于整个断面积A，实际平均流速vr应大于v，一般v称为假想平均流速。以后提到的渗流速度均指这种假想平均流速3.2.3渗透试验及渗透系数

6、渗透系数k既是反映土的渗透能力的定量指标，也是渗流计算时必须用到的一个基本参数。测定方法有：室内和现场1.室内渗透试验测定渗透系数时间t内流出的水量（1）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。Δ截面积为A（2）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

7、/Ldt适用于透水性差，渗透系数小的粘性土分离变量积分3.2.3渗透试验及渗透系数截面积为A（地下水位≈测压管水面）3.2.3渗透试验及渗透系数2.现场测定渗透系数常用的有现场井孔抽水试验或井孔注水试验。对于均质粗粒土层，现场测出的k值比室内试验得出的值要准确观测孔r2rr1drdhh1hh2Qr处过水断面积为A=2πrh,假设该处水力梯度i为常数，且等于地下水位在该处的坡度时，则i=dh/drq=kAi=2πrhkdh/drqdr/r=2πkhdh分离变量积分现场测试方法还有：孔压静力触探、地球物理勘探等3.2.3渗透

8、试验及渗透系数3.影响渗透系数的主要因素（1）土的粒度成分细粒含量愈多，土的渗透性愈小，例如砂土中粉粒及粘粒含量愈多时，砂土的渗透系数就会大大减小。（2）土的密实度同种土在不同的密实状态下具有不同的渗透系数，土的密实度增大，孔隙比降低，土的渗透性也减小。（3）土的饱和度土中封闭气体阻塞渗流通道，使土的渗透系数降低。封