《土力学》高向阳 第4章 土的渗透性与固结

《《土力学》高向阳 第4章 土的渗透性与固结》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第4章土的渗透性与固结4.1概述渗漏——水库和渠道中的水常通过堤坝、水闸及其地基产生渗流。渗透力——水在土体中渗流，水流对土颗粒作用形成的作用力。渗透变形——渗透力较大时，就会引起土颗粒的移动，甚至把土颗粒带出而流失，使土体产生变形和破坏。深基坑开挖时，人工降低地下水位，若降低的较大，就会产生较大的渗流，使基坑背后土层产生渗透变形而下沉，造成邻近建筑物及地下管线的不均匀沉降，建筑物的开裂及管线的破坏，危及安全与使用。4.2土的渗透规律对渗流的简化：不考虑渗流路径的迂回曲折，只分析它的主要流向；不

2、考虑土体中颗粒的影响，认为孔隙和土粒所占的空间之总和均为渗流所充满。4.2.1渗流模型4.2.2土的层流渗透定律达西定律：水在土中的渗透速度与水头梯度成正比。v——渗透速度（m/s）；I——水头梯度，即沿着水流方向单位长度上的水头差；k——渗透系数（m/s）。在粘土中，应按下述修正后的达西定律：I0——克服此抗剪强度所需要的水头梯度，称为粘土的起始水头梯度。4.2.3土的渗透系数室内试验测定法常水头渗透试验F——土的截面积l——渗透距离Q——在时间t内流过土样的流量△H——水头差。变水头渗透试验

3、F——土样的截面积l——土样的高度a——储水管截面积h1——储水管水头h2——经过时间t后储水管水头现场抽水试验在现场钻井孔或挖试坑，在往地基中注水或抽水时，量测地基中的水头高度和渗流量，在根据相应的理论公式求出渗透系数k值。无压完整井r1≤r≤r2范围内的k平均值成层土的渗透系数土层水平向的平均渗透系数：土层竖向的平均渗透系数：各层土的渗透系数为ki、厚度为hi4.2.4影响土的渗透性的因素土的粒度成分及矿物成分结合水膜的厚度土的结构构造水的粘滞性土中气体4.3二维渗流与流网工程上的渗流情况常

4、属于边界条件复杂的二维、三维渗流问题。土介质中渗流特性逐点不同，渗流途径非直线，不能再视为一维渗流，而是一个复杂的渗流场，常用微分方程表示，按边界条件求解。4.3.1二维渗流基本方程二维渗流的连续方程二维渗流水头变化的拉普拉斯（Laplace）方程，是平面稳定渗流的基本方程。势函数等势线流函数势函数和流函数都满足Laplace方程，它们是共轭调和函数流网——等势线和流线在平面上为相互正交的两线簇，若按一定间距绘出，则形成相互垂直的流网。性质：流线与等势线彼此正交。果在流网中各等势线间的差值相等，

5、各流线间的差值也相等，则网格的长宽比为常数，若令长宽比为1，则流网网格呈曲线正方形。相邻两等势线间的水头损失相等。相邻两流线间的水流通道称为流槽，流网上各流槽的流量相等。流网绘制方法首先根据渗流场的边界条件，确定边界流线和边界等势线按照绘制流网的原理，试绘流网反复修改流网图，以满足流网原理的要求流网的应用测压管水头孔隙水压力水力梯度渗透流速渗流流量4.4渗透力及渗透破坏水在土体或地基中渗流，将引起土体内部应力状态的改变。渗流可能导致土体内细颗粒被冲走、带走或土体局部移动，引起土体的变形（常称为渗

6、透变形）；渗透的作用力可能会增大坝体或地基的滑动力，导致坝体或地基滑动破坏，影响整体稳定性。4.4.1渗透力渗透力——单位体积土骨架所受到的推力。就是水流沿土颗粒表面切过的拖曳摩擦作用于土骨架体积的合力。渗透力的大小与单位土体内水流所受到的阻力大小相等，方向相反，与渗流（或流线）的方向一致：4.4.2临界水头梯度临界水力梯度——渗流作用于土体开始发生流土时的水力梯度。此式求得的水力梯度偏小，约比一般试验值小15%~20%。临界水力梯度的大小还与渗透变形的类型和土的类型有关。4.4.3渗透变形流土

7、——在渗流向上作用时，土体表面局部隆起或者土颗粒同时发生悬浮和移动的现象。表现形式双层地基表层为透水性较小且厚度较薄的粘土层，下卧层为渗透性较大的无粘性土层。主要呈表层隆起，砂粒涌出，整块上体被抬起，这是典型的流土破坏。地基为均匀的砂土层，砂土的不均匀系数Cu＜10，地表普遍出现小泉眼，冒气泡，继而土粒群向上举起，发生浮动，跳跃，成为砂沸。管涌——在渗透水流的作用下，土体中的细土粒在粗土粒间的孔隙通道中随水流移动并被带出流失的现象。管涌一般产生在砂砾石地基中。4.5太沙基一维固结理论渗透固结（简

8、称固结）——施加荷载压力增量后，土的骨架受压产生压缩变形，导致土孔隙中水产生渗流，孔隙中水随时间的发展逐渐渗流排出，孔隙体积缩小，土体体积逐渐压缩，最后趋于稳定。饱和粘性土，土的体积压缩主要是由土孔隙中的水排出引起的。一维（单向）固结——应力与变形只有竖向变化，渗流也只有竖向渗流。4.5.1固结与固结过程弹簧活塞模型当时，当时，当时，饱和土渗流固结的过程，即孔隙水压力消散和有效应力增长的过程。4.5.2固结理论解太沙基一维固结理论假定：土是均质、各向同性和完全饱和的；土粒和孔隙水是不可压缩的；水