土力学完整课件---2 第2章 土的渗透性.ppt

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1、第二章土的渗透性§2-1概述§2-2达西定律§2-3渗透力与渗透变形§2-4渗流工程问题与处理措施§2-5流网及其应用水在水头差作用下渗透：水透过土体孔隙的现象渗透性：土允许水透过的性能称为土的渗透性造成水量损失，影响工程效益引起渗透破坏，危及堤坝、建筑物安全本章将主要讨论水在土体中的渗透性及渗透规律，以及渗透力、渗透变形等问题。§2-1概述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第6次课透水层不透水层天然水面水井渗流漏斗状潜水面Q渗流量原地下水位渗流时地下水位渠道渗流Teton坝损失：直接8000万美

2、元，起诉5500起，2.5亿美元，死14人，受灾2.5万人，60万亩土地，32公里铁路原因：管涌土坝位于美国Idaho州Teton河上，防洪、灌溉、发电、旅游综合利用，装机16MW，最大坝高126.5m，坝顶长945m。建于1972-75年,75年11月开始蓄水，76年春洪水期间水位迅速上升，达1.2m/d。6月5日上午11:55发生溃坝。下图是现在的景象Teton坝1976年6月5日上午10:30左右，下游坝面有水渗出并带出泥土。Teton坝11：00左右洞口不断扩大并向坝顶靠近，泥水流量增加Teton坝11:30洞口继续向上扩大，泥水冲蚀了坝基，主洞的上方又出现一渗水洞。流出的泥水开始冲

3、击坝趾处的设施。11：50左右洞口扩大加速，泥水对坝基的冲蚀更加剧烈。Teton坝11:57坝坡坍塌，泥水狂泻而下Teton坝12：00过后坍塌口加宽Teton坝洪水扫过下游谷底，附近所有设施被彻底摧毁Teton坝失事现场目前的状况Teton坝§2-2达西定律1856年法国学者达西对砂土的渗透性进行研究结论：（水在土中的）渗透速度与水力梯度成正比。v=ki达西定律水头梯度，即沿渗流方向单位距离的水头损失一、达西定律的内容水头梯度又称水力梯度、水力坡降。二、达西定律适用范围达西定律讨论：砂土中的渗透速度与水头梯度呈线性关系密实的黏土，需要克服结合水膜的黏滞阻力后才能发生渗透;同时渗透系数与水头

4、梯度呈非线性关系。ib起始水力坡降虚直线简化达西定律适用于层流，不适用于紊流v=kiivO砂土0iv密实黏土水头：单位重量的水所具有的能量。水力梯度（坡降）总水头线总水头＝势水头＋压力水头＋动水头三、渗透系数及其确定方法渗透试验（室内）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透水性大（k>10-3cm/s）的土，例如砂土。Δh2.变水头试验————整个试验过程水头随时间变化截面面积a任一时刻t的水头差为h，经时段dt后，细玻璃管中水位降落dh，在时段dt内管内减少的水量dV=－adh在时段dt内流经试样的水量dV=kiAdt=kAh/Ldt管内减少水量＝流经试

5、样水量－adh=kAh/Ldt分离变量积分适用于透水性差，渗透系数小的黏性土四、影响渗透系数的因数1.土粒大小与级配细粒含量愈多，土的渗透性愈小，例如砂土中粉粒及黏粒含量愈多时，砂土的渗透系数就会大大减小。2.土的密实度3.水的温度同种土在不同的密实状态下具有不同的渗透系数，土的密实度增大，孔隙比降低，土的渗透性也减小。水温愈高，水的动力黏滞系数愈小，土的渗透系数则愈大。常以水温为10°C时k10作为标准值。4.土中封闭气体含量土中封闭气体阻塞渗流通道，使土的渗透系数降低。封闭气体含量愈多，土的渗透性愈小。T、10分别为T℃和10℃时水的动力黏滞系数，可查表五、成层土的渗透系数1.水平渗

6、透系数通过整个土层的总渗流量qx应为各土层渗流量之总和达西定律整个土层与层面平行的等效渗透系数平均渗透系数即为厚度加权平均值在z轴方向取1延米土体来分析2.竖直渗透系数根据渗透水流连续条件，通过整个土层的渗流量等于通过各土层的渗流量竖直渗透系数第j层土的水力坡降为ij,总的水力坡降为i总水头损失等于各层水头损失之和整个土层与层面垂直的等效渗透系数(2)(3)（2）式代入（3）式整理后，得(1)例题分析【例】设做变水头渗透试验的黏土试样的截面积为30cm2，厚度为4cm，渗透仪细玻璃管的内径为0.4cm，试验开始时的水位差为160cm，经时段15分钟后，观察得水位差为52cm，试验时的水温为3

7、0℃，试求试样的渗透系数【解】已知试样截面积A=30cm2，渗径长度L=4cm，细玻璃管的内截面积h1=160cm，h2=52cm，△t=900s试样在30℃时的渗透系数§2-3渗透力与渗透变形一、渗透力和临界水力坡降1.渗透力GD——渗透水流作用在单位体积土体中土颗粒上的力。其方向与渗流方向一致，单位：kN/m3。又称动水力或渗流力h2h1h21L水流流经这段土体，受到土颗粒的阻力T，T为渗透力GD的反作用