山东建筑大学土力学第三章

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1、3土的渗透性及渗流3.1概述一、基本概念1、渗透性：土体可被液体透过的性质；2、渗流：液体在介质中流动的现象。二、渗流研究的主要问题1、渗流量：水库渗漏、基坑排水；2、渗透破坏：土粒和土块被冲动；3、渗流控制。3土的渗透性及渗流3.2土的渗透性3.2.1渗流基本概念测压管水头：Δh压力水头2vphzhA2gAhwBBL位置水头00速度水头为什么发生注意：水在土中渗流渗流？很慢，由速度引起的水头可忽略不计hp水力梯度：ihzLw3土的渗透性及渗流3.2土的渗透性3.2.2土的层流渗透定律层流

2、：相邻两个水分子运动轨迹相互平行而不混流。达西定律：单位时间内渗流量为ΔhqAΔhL土的渗透系数试或qkiAcm/sL样q断面平均渗透速度为vkiA3土的渗透性及渗流3.2土的渗透性3.2.2土的层流渗透定律v砂土和一般粘性土：vkiiv密实粘性土：vk(ii)b起始水力坡降iib因较大的粘滞阻力v砾类土和巨粒土：紊流非线性i3土的渗透性及渗流3.2土的渗透性3.2.2土的层流渗透定律假想与实际平均流速：假想平均流速实际平均流速qvAvArrAnArvAvvrnAn3土的渗透性及渗流

3、3.2土的渗透性3.2.3渗透试验与渗透系数渗透系数的测定方法：室内测定和现场测定1、室内渗透试验常水头法：适用于无粘性土ΔhQqtΔh注意到qkiAkAL试LQL样kAht3土的渗透性及渗流3.2土的渗透性3.2.3渗透试验与渗透系数变水头法：适用于粘性土aLh1klnA(tt)h2122、现场测定渗透系数现场抽水试验qln(r/r)21k22(hh)213土的渗透性及渗流3.2土的渗透性3.2.3渗透试验与渗透系数2、现场测定渗透系数假定：水流方向为水平。r2rdh1qAki2

4、rhkdr抽水影响半径r2drh2q2khdhRh1hh2r1rh1不透水层rkqln(r2/r1)22现场抽水试验(半h2h1)径圆：心：3土的渗透性及渗流3.2土的渗透性3.2.3渗透试验与渗透系数3、影响渗透系数的主要因素（1）土的粒度成分；（2）土的密实度；（3）土的饱和度；（4）土的结构；（5）水的温度；（6）土的构造：例如：土粒越粗、越均匀，土的渗透系数就越大。4、渗透系数的经验方法粘性松砂密实砂土土n22ek1.0~1.5(d10)k0.35(d15)kc31

5、e3土的渗透性及渗流3.2土的渗透性3.2.3渗透试验与渗透系数5、成层土的等效渗透系数注意：此情况各土层的水头（1）与层面平行的渗流情况：损失相同，水力梯度也相同ΔhΔhkixqixHikxHqxqxΔhΔhΔhΔhiiii1in1in3土的渗透性及渗流3.2土的渗透性3.2.3渗透试验与渗透系数（1）与层面平行的渗流情况：nnqxqixkixiHikxiHi1i1n1kxkixHiHi1注意：通过各土（2）与层面垂直的渗流情况:层的渗流量相等HHkyH1H2Hnn

6、H...ik1yk2yknyki1iy3土的渗透性及渗流3.3土中二维渗流及流网3.3.1二维渗流方程1、基本假设①饱和土体；②土颗粒和水不可压缩；③土骨架不变形。2、连续条件取渗流单元体。根据假设和连续条件：流入单元的水量=流出单元的水量zvzvdzz22zhh022xzvvxxvdxx此即著名的拉普拉斯方程。在一定vxz的边界条件下，可以求解出水头场。x3土的渗透性及渗流3.3土中二维渗流及流网3.3.2流网的特征等势线表示测压管水头齐平的线，流线表示水

7、质点的运动路线。流网就是由等势线和流线所组成的网络。有了流网，整个场的问题就得到了解决。流线等势线3土的渗透性及渗流3.3土中二维渗流及流网3.3.2流网的特征●流线与等势线互相正交；●流线与等势线构成的各网格的长宽比为常数；●相邻等势线之间的水头损失相等；●各个流槽的渗流量相等。3土的渗透性及渗流3.3土中二维渗流及流网3.3.3流网的绘制找出特殊的流线和等势线。据流网性质，流线越密的部位，流速越大；等势线越密的部位，水力坡降越大。利用流网的性质绘制流网，关键是找出特殊的流线和等势线，根据正交性调整网格。

8、3土的渗透性及渗流3.3土中二维渗流及流网3.3.4渗流量计算ΔH等势线条Δh数减1NdΔHH1单个流槽的流量：H2ΔhΔHbbΔqAkibkkLNLLd若b/L1，则总流量为NfΔHNfqkkΔHN：流槽数量i1NdiNdf3土的渗透性及渗流3.4渗透破坏与控制3.4.1渗流力定义：单位体积土颗粒所受到的渗流作用力。注意：渗流力是一种体积力；方向与渗流方向一致；对土来说是内力，