土力学第三章.ppt

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1、1土的渗透性及渗流第三章2§3.1概述§3.2土的渗透性§3.3土中二维渗流及流网§3.4渗透破坏与控制第三章土的渗透性及渗流3本章特点学习要点主要难点有较严格的理论（水流的一般规律）有经验性规律（散粒体多孔介质特性）注重对物理概念和意义的深入理解注意土是散粒体（多孔介质）这一特点水头及水力坡降渗透力及其分析方法4碎散性多孔介质三相体系孔隙流体流动渗流水、气等在土体孔隙中流动的现象渗透性土具有被水、气等流体透过的性质渗透特性强度特性变形特性非饱和土的渗透性饱和土的渗透性§3.1概述能量差土颗粒土中水渗流渗透水、气等在土体孔隙中透过

2、的现象5渗流量渗透变形土石坝防渗斜墙及铺盖浸润线透水层不透水层土石坝坝基坝身渗流§3.1概述6渗水压力渗流量渗透变形透水层不透水层基坑板桩墙板桩围护下的基坑渗流§3.1概述7渗流量透水层不透水层天然水面水井渗流漏斗状潜水面Q§3.1概述8渗流量原地下水位渗流时地下水位渠道渗流§3.1概述9渗流滑坡渗流滑坡§3.1概述10渗流量渗透破坏渗流控制§3.1概述11§3.1概述§3.2土的渗透性§3.3土中二维渗流及流网§3.4渗透破坏与控制第三章土的渗透性及渗流12ABLh1h2zAzBΔh00基准面水力坡降线Bernoulli定理：水

3、头－单位重量水体所具有的能量z：位置水头u/γw：压力水头V2/(2g)：流速水头≈0A点总水头：B点总水头：水头：水力坡降：水头差：测管水头§3.2土的渗透性§3.2.1渗流基本概念13试验前提：层流Δh↑，q↑A↑，q↑L↑，q↓断面平均流速水力梯度层流：相邻两个水分子运动的轨迹相互平行而不混流。试验结果试验装置：如图试验条件:h1，A，L=const量测变量:h2，V，TΔh=h1-h2q=Q/t§3.2土的渗透性§3.2.2土的层流渗透定律14达西定律渗透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

4、的性质有关。注意：AAvv：假想渗流速度，土体试样全断面的平均渗流速度vs：实际平均渗流速度，孔隙断面的平均渗流速度A>Avq＝vA＝vsAvk:反映土的透水性能的比例系数，称为渗透系数物理意义：水力梯度i＝1时的渗流速度单位：mm/s,cm/s,m/s,m/day§3.2.2土的层流渗透定律§3.2土的渗透性15适用条件：层流（线性流）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Re进行判断：Re＜5时层流Re＞200时紊流20

5、0＞Re＞5时为过渡区§3.2.2土的层流渗透定律§3.2土的渗透性16（1）粗粒土：①砾石类土中的渗流常不符合达西定律②砂土中渗透速度vcr=0.3-0.5cm/sivovcrivoi0两种特例：（2）粘性土：致密的粘土i>i0,(起始水力坡降）v=k(i-i0)§3.2.2土的层流渗透定律§3.2土的渗透性17室内试验测定方法野外试验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§3.2土的渗透性§3.2.3渗透试验及渗透系数K：反映土的渗透能力的定量指标。渗透计算必须使用的基本参数。181、室内渗透试验测定渗透系数

6、—常水头试验法结果整理试验装置：如图试验条件:Δh，A，L=const量测变量:Q，ti=Δh/LQ=qt=vAtv=ki适用土类：透水性较大的砂性土§3.2.3渗透试验及渗透系数hL土样AVQ变水头试验法透水性较小的粘性土?§3.2土的渗透性19变水头试验法试验装置：如图试验条件:Δh变化，A，L=const量测变量:Δh，t土样At=t1h1t=t2h2LQ水头测管开关a§3.2.3渗透试验及渗透系数§3.2土的渗透性20结果整理:t时刻：ΔhdtdhdQe=-adhdQo=kiAdt=k(Δh/L)AdtdVe=dVo

7、流入量：流出量：连续性条件：-adh=k(Δh/L)Adt选择几组Δh1,Δh2,t，计算相应的k，取平均值土样At=t1h1t=t2h2LQ水头测管开关ahdhtt+dt§3.2.3渗透试验及渗透系数§3.2土的渗透性212、现场测定渗透系数优点：可获得现场较为可靠的平均渗透系数地下水位≈测压管水面井抽水量Qr1rr2dhdrh1hh2不透水层观察井A=2πrhi=dh/dr缺点：费用较高，耗时较长实验方法：井孔抽水积分§3.2.3渗透试验及渗透系数§3.2土的渗透性223.影响渗透系数的主要因素粒径大小及级配孔隙比——密

8、实度矿物成分结构饱和度（含气量）温度——水的动力粘滞系数§3.2.3渗透试验及渗透系数§3.2土的渗透性23粒径大小及级配：是土中孔隙直径大小的主要影响因素；因由粗颗粒形成的大孔隙可被细颗粒充填，故土体孔隙的大小一般由细颗粒所控制。图3-10b。（