哈工大土力学课件

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1、§3.1土的毛细性自由水是指存在于土体孔隙中电场引力之外的地下水，有毛细水和重力水之分土中水结合水受电分子引力作用吸附在土粒表面的水自由水土的毛细现象——土中水在【表面张力】作用下沿着细的孔隙向上及向其它方向移动的现象土的毛细性——土能够产生毛细现象的性质。毛细水——由于毛细作用产生的细微孔隙中的水。一、土的毛细性及毛细现象的工程影响毛细水受水与空气交界面【表面张力】的自由水。存在于地下水位以上的透水土层中表面张力毛细管毛细网状水带：存在于中部，由毛细水下降后的残留部分形成正常毛细水带（毛细饱水带）：存在于下部，由地下水直接上升形成毛细水毛细悬挂水带：存

2、在于上部，由地表水渗入形成毛细水带——土层中由于毛细现象所湿润的范围。毛细水以毛细水带的形式存在于土体中§3.1土的毛细性位于毛细水带的下部，与地下潜水连通。当地下水位急剧下降时，正常毛细水也随之迅速下降，但在较细的毛细孔隙中有一部分毛细水来不及移动，仍残留在孔隙中，形成毛细网状水带。而较粗的孔隙中因毛细水下降，孔隙中留下空气泡，使毛细水呈网状分布。毛细网状水带中的水，可在【表面张力】和【重力】作用下移动1.正常毛细水带(又称毛细饱和带)这一部分毛细水由潜水面直接上升形成的毛细水带，毛细水几乎充满全部孔隙。正常毛细水带随地下水位的升降而作相应移动2.毛细

3、网状水带§3.1土的毛细性位于毛细水带的中部。1．毛细水的上升是引起路基冻害的因素之一；2．对于房屋建筑，毛细水的上升会引起地下室过分潮湿;3．毛细水的上升可能引起土的沼泽化和盐渍化。3.毛细悬挂水带存在于上部，由地表水渗入形成。悬挂在土颗粒之间，不与中部或下部的毛细水相连。当地表有大气降水渗入补给时，它会在重力作用下下向下移动。4.毛细现象的工程影响§3.1土的毛细性二、毛细水上升高度及上升速度毛细现象的内因——湿润＋表面张力＋细的通道上升高度的相关因素——湿润角——表面张力——毛细管直径粘性土：——结合水膜影响弯液面的形成、减小孔隙有效直径——上升速

4、度慢；上升高度小粗颗粒土：——开始上升快，上升高度小。§3.1土的毛细性土中毛细现象毛细水分布在土粒内部相互贯通的孔隙可以看成许多形状不一、直径互异、彼此连通的毛细管上升高度:毛细升高与孔径成反比粘土粉土砂土砾石分析对象:水柱T为表面张力§3.1土的毛细性三、毛细压力毛细压力——土颗粒间毛细水形成弯液面，在水和空气分界面上产生的表面张力沿着弯液面切线方向作用，促使两个土粒靠拢，在土粒的接触面上产生毛细压力§3.1土的毛细性结晶水矿物内部的水结合水吸附在土颗粒表面的水自由水电场引力作用范围之外的水土中水（液相）小结：重力水：即通常所说的地下水，在重（压）力

5、差的作用下流动。重力水毛细水在重力作用下可在土中自由流动存在于固、气之间在重力与表面张力作用下可在土粒间空隙中自由移动土中冰由自由水冻成，冻胀融陷流动的地下水具有动水力（对静止土颗粒的冲击力），软化土体，对基坑工程有极大影响§3.1土的毛细性孔隙水在水头差作用下渗透：水透过土体孔隙的现象渗透性：土允许水透过的性质引起土体内部应力状态的变化，从而改变水土建筑物或地基的稳定条件，酿成破坏§3.2土的渗透性渗透分【层流】与【紊流】。地下水流速慢、流线平行的渗流为层流，流速快、流线相互交叉为紊流。这里只讨论层流一不考虑渗流路径的迂回曲折，只分析它的主要流向；二不

6、考虑土体中颗粒形状的影响，认为孔隙和土粒所占据的空间之总和均为渗流所充满作了这种简化后的渗流实质上是一种理想化了的假想渗流，称之为渗流模型，如图所示。理想化的渗流模型§3.2土的渗透性地下水是在土体孔隙中流动的，渗透现象是在土体的孔隙间发生的放入量杯，设在t时间内，量杯内接得的水量为Q，圆管的内横截面面积为F，v=Q/F.t=k.Ik——渗透系数，m/s，土体本身所固有的常数。I——水头梯度，v——渗透速度，m/s，单位时间内某一断面的过水量不是地下水的真实速度，实际的断面是土粒和水通道共同组成，实际的过水通道面积为n.F，水真实流速为v/n§3.2土的

7、渗透性Q如果改用【粘土】，得到曲线bab曲线的后段仍为直线，当I值较小时，【粘土】表面存在电场，表面有结合水膜，自由水分子过结合水膜要消耗能量，所以只有当水头梯度大到足以克服这部分能量时，才有渗透现象发生。v=k.(I-Io)——粘土中的达西定律这一结论仅适用于层流,用图表示就是图中的直线a。IoIv0§3.2土的渗透性时间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k大（k>10-3cm/s）的土，例如【砂土】§3.2土的渗透性2.变水头试验————整个试验过程水头随时间变化截面面积a适用于透水性差，k小的【粘性土】§3.2土的

8、渗透性1.土粒大小与级配【细粒愈多】渗透性愈小，砂土中【粉粒及粘粒多】时k小2.