西南交通大学-土力学-02土的渗透性

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1、土力学第二章土的渗透性和渗流SoilMechanics§2.1概述§2.2土的渗透性与渗透规律§2.3渗透力与渗透变形土的渗透性和渗流Chapter0introduction土的渗透性和渗流§2.1概述土颗粒土中水渗流土是一种碎散的多孔介质，其孔隙在空间互相连通。当饱和土中的两点存在能量差时，水就在土的孔隙中从能量高的点向能量低的点流动水在土体孔隙中流动的现象称为渗流土具有被水等液体透过的性质称为土的渗透性透水层不透水层土石坝坝基坝身渗流防渗体坝体浸润线渗流问题：1.渗流量？2.渗透破坏？3.渗透力？§2.1概述板桩围护下的基坑渗流渗流问题：1.渗流量？2.渗透破坏？3.渗水压力？

2、透水层不透水层基坑板桩墙§2.1概述渗流问题：1.渗流量Q？2.降水深度？透水层不透水层天然水面水井渗流漏斗状潜水面Q§2.1概述渗流问题：1.渗流量？2.地下水影响范围？渠道、河流渗流原地下水位渗流时地下水位§2.1概述渗流问题：1.渗透力？2.入渗过程？§2.1概述降雨入渗引起的滑坡渗流量扬压力渗水压力渗透破坏渗流速度渗水面位置挡水建筑物集水建筑物引水结构物基础工程地下工程边坡工程渗透特性变形特性强度特性土的渗透特性§2.1概述§2.2土的渗透性与渗透规律水头与水力坡降土的渗透试验与达西定律渗透系数的测定及影响因素层状地基的等效渗透系数渗流的驱动能量反映渗流特点的定律土的渗透

3、性地基的渗透系数水流动的驱动力水往低处流水往高处“跑”速度v压力u位置：使水流从位置势能高处流向位置势能低处流速：水具有的动能压力：水所具有的压力势能也可使水流发生流动§2.2土的渗透性与渗透规律-水头与水力坡降位置势能：mgz压力势能：00基准面质量m压力u流速vz动能：总能量：称为总水头，是水流动的驱动力单位重量水流的能量：水流动的驱动力-水头§2.2土的渗透性与渗透规律-水头与水力坡降zA00ABu0pazB基准面静水位置水头：到基准面的竖直距离，代表单位重量的液体从基准面算起所具有的位置势能压力水头：水压力所能引起的自由水面的升高，表示单位重量液体所具有的压力势能测管水头

4、：测管水面到基准面的垂直距离，等于位置水头和压力水头之和，表示单位重量液体的总势能在静止液体中各点的测管水头相等位置、压力和测管水头§2.2土的渗透性与渗透规律-水头与水力坡降渗流中的水头与水力坡降ABL透水层不透水层基坑板桩墙渗流为水体的流动，应满足液体流动的基本方程：连续性方程、能量方程。§2.2土的渗透性与渗透规律-水头与水力坡降ABLhAzA基准面总水头：单位重量水体所具有的能量位置水头Z：水体的位置势能（任选基准面）压力水头u/w：水体的压力势能（u孔隙水压力）流速水头V2/(2g)：水体的动能（对渗流多处于层流≈0）渗流的总水头：渗流问题的水头也称测管水头，是渗流的总

5、驱动能，渗流总是从水头高处流向水头低处§2.2土的渗透性与渗透规律-水头与水力坡降A点总水头：水力坡降ABLhAhBzAzBΔh基准面水力坡降线B点总水头：二点总水头差：反映了两点间水流由于摩阻力造成的能量损失水力坡降i：单位渗流长度上的水头损失§2.2土的渗透性与渗透规律-水头与水力坡降达西渗透试验LAh1h2QQ透水石1856年达西(Darcy)在研究城市供水问题时进行的渗流试验或：其中，A是试样的断面积§2.2土的渗透性与渗透规律-土的渗透试验达西定律达西定律：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，并与土的性质有关渗透系数k:反映土的透水性能的比例系数，其

6、物理意义为水力坡降i＝1时的渗流速度，单位：cm/s,m/s,m/day渗透速度v：土体试样全断面的平均渗流速度，也称假想渗流速度其中，Vs为实际平均流速，孔隙断面的平均流速。§2.2土的渗透性与渗透规律–达西定律达西定律的适用范围适用条件：层流（线性流动）岩土工程中的绝大多数渗流问题，包括砂土或一般粘土，均属层流范围在粗粒土孔隙中，水流形态可能会随流速增大呈紊流状态，渗流不再服从达西定律。可用雷诺数进行判断：00.51.01.52.02.5达西定律适用范围2.01.51.00.50水力坡降流速(m/h)砾石粗砂中砂细砂极细砂h10dvRe=Re＜5时层流Re＞200时紊流200

7、＞Re＞5时为过渡区§2.2土的渗透性与渗透规律–达西定律在纯砾以上的很粗的粗粒土如堆石体中，在水力坡降较大时，达西定律不再适用，此时：ivoi0两种特例对致密的粘性土，存在起始水力坡降i0ivovcri>i0,v=k(i-i0)达西定律的适用范围§2.2土的渗透性与渗透规律–达西定律渗透系数的测定方法常水头试验法变水头试验法井孔抽水试验井孔注水试验室内试验方法野外试验方法§2.2土的渗透性与渗透规律–渗透系数的测定室内试验方法-常水头试验法试验条件:Δh，A，L=