土的渗透性及渗流.ppt

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1、第3章土的渗透性及渗流内容提要3.1概述3.2土的渗透性和渗流定律土的渗透性土的层流渗透定律—达西定律渗透系数的测定及其影响因素3.3渗透破坏与控制渗流力的计算土的渗透破坏和防治措施3.1概述第3章3.1概述孔隙水流动能量差土颗粒土中水渗流土体多孔介质渗流：水在能量差的作用下在土体孔隙通道中流动的现象。水在土孔隙中的流动会引起土体中应力状态的改变，从而使土体的强度和变形特性发生变化。渗透性：土体具有的能够被水和气体等流体通过的性质。与渗透性相关的工程问题基坑开挖排水修筑渗水路堤饱和粘性土地基的沉降施工降水地下水开采土石坝及堤岸的稳

2、定性（流砂、管涌）3.1概述土的渗透性研究主要包括如下三方面的问题：渗流量问题渗透破坏问题渗流控制问题3.1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3.1概述板桩围护下的基坑渗流渗水压力渗流量渗透变形透水层不透水层基坑板桩墙3.1概述水井渗流渗流量透水层不透水层天然水面漏斗状潜水面Q地下水位3.1概述3.2土的渗透性和渗流定律第3章一.土的渗透性—渗流模型3.2土的渗透性和渗流定律水在孔隙中的真实运动轨迹理想化的渗流模型对渗流的简化：不考虑渗流路径的迂回曲折，只分析它的主要流向；不考虑土体中颗粒

3、的影响，认为孔隙和土颗粒所占的空间之总和均为渗流所充满。3.2土的渗透性和渗流定律对渗流模型的要求：在同一过水断面，渗流模型的流量等于真实渗流的流量；在任一界面上，渗流模型的压力与真实渗流的压力相等；在相同体积内，渗流模型所受到的阻力与真实渗流所受到的阻力相等。一.土的渗透性—渗流模型3.2土的渗透性和渗流定律一.土的渗透性—渗流速度渗流速度渗流速度表征过水截面上的平均流速，并不代表水在土中渗流的真实流速。实际流速n<1.0v

4、透水层不透水层基坑板桩墙3.2土的渗透性和渗流定律ABLh1h2zAzBΔh00基准面位置水头压力水头速度水头位置水头：代表单位质量液体所具有的位能，与基准面的选取有关；压力水头：该点孔隙水压力对应的水柱的高度；速度水头：代表单位质量液体所具有的动能。一.土的渗透性—水头和水力梯度（水力坡降）3.2土的渗透性和渗流定律ABLh1h2zAzBΔh00基准面水力梯度：表示在水的渗流路径上单位长度上的水头损失，也称为水力坡降或水头梯度。水力梯度可以表征水在土中渗流的推动力的大小。水力梯度一.土的渗透性—水头和水力梯度（水力坡降）3.2土

5、的渗透性和渗流定律二.土的层流渗透定律—达西定律土体中孔隙一般较小，水在孔隙中渗流时的粘滞阻力很大，流速缓慢。层流：水流流线互相平行的流动。层流渗透定律层流达西（Darcy）定律3.2土的渗透性和渗流定律达西渗透试验层流的渗透速度与水力梯度成正比二.土的层流渗透定律—达西定律3.2土的渗透性和渗流定律渗透系数k：表征土体渗透性强弱的指标，数值上等于单位水力梯度时对应的渗流速度，具有速度的量纲。土的渗透系数参考值土的类别渗透系数（m/s）粘土<5×10-8粉质粘土5×10-8～1×10-6粉土1×10-6～5×10-6黄土2.5×1

6、0-6～5×10-6粉砂5×10-6～1×10-5二.土的层流渗透定律—达西定律3.2土的渗透性和渗流定律土的渗透系数参考值土的类别渗透系数（m/s）细砂1×10-5～5×10-5中砂5×10-5～2×10-4粗砂2×10-4～5×10-4圆砾5×10-4～1×10-3卵石1×10-3～5×10-3二.土的层流渗透定律—达西定律3.2土的渗透性和渗流定律三.达西定律的适用范围达西定律只适用于层流的情况，一般只适用于中砂、细砂、粉砂等土类中水的渗流。对于粗砂、砾石、卵石等粗颗粒土，水的渗流速度较大，不再是层流而是紊流，达西定律不再适

7、用。对于粘土中水的渗流，达西定律需进行修正。粘土中自由水的渗流受到结合水膜粘滞阻力的影响，只有克服结合水的粘滞作用才能开始渗流。克服结合水的粘滞作用所需要的初始水力梯度，称为粘土的起始水力梯度i0。粘土中的达西定律：3.2土的渗透性和渗流定律三.达西定律的适用范围砂土粘土ii03.2土的渗透性和渗流定律三.达西定律的适用范围—用雷诺数Re判断若水流速度很小，为粘滞力占优势的层流，达西定律适用，此时雷诺数Re小于1～10之间的某一值；水流速度增加到惯性力占优势的层流和层流向紊流过渡时，达西定律不再适用，此时雷诺数Re在10～100之

8、间；随着雷诺数Re的增大，水流进入紊流状态，达西定律完全不适用。3.2土的渗透性和渗流定律四.渗透系数的测定及其影响因素土的渗透系数的测定方法：室内试验测定常水头渗透试验变水头渗透试验现场抽水试验3.2土的渗透性和渗流定律四.渗透系数的测定—常水头