土力学课件第三章 土的渗透性

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1、第三章土的渗透性3-1概述渗透：由于土体本身具有连续的孔隙，如果存在水位差的作用，水就会透过土体孔隙而发生孔隙内的流动。土具有被水透过的性能称为土的渗透性。土的问题是指由于水的渗透引起土体内部应力状态的变化或土体、地基本身的结构、强度等状态的变化，从而影响建筑物或地基的稳定性或产生有害变形的问题。第三章土的渗透性3-2达西渗透定律一、达西渗透定律由于土体中的孔隙一般非常微小，水在土体中流动时的粘滞阻力很大、流速缓慢，因此，其流动状态大多属于层流。著名的达西(Darcy)渗透定律：渗透速度：（3-1）或渗流量为：（3-2）对粘性土：（3-3）第三章土的

2、渗透性必须指出，由式（3-1）求出的渗透速度是一种假想的平均流速，因为它假定水在土中的渗透是通过整个土体截面来进行的，而实际上，渗透水仅仅通过土体中的孔隙流动，实际平均流速要比假想的平均流速大很多。它们之间的关系为：（3-4）第三章土的渗透性二、达西渗透定律的适用条件只有当渗流为层流的时候才能适用达西渗透定律。达西渗透定律的适用界限可以考虑为：（3-5）满足达西渗透定律的土的平均粒径:（3-6）也就是说，对于比粗砂更细的土来说，达西渗透定律一般是适用的，而对粗粒土来讲，只有在水力坡降很小的情况下才能适用。第三章土的渗透性3-3渗透系数的测定渗透系数的

3、大小是直接衡量土的透水性强弱的一个重要的力学性质指标。一、实验室内测定渗透系数就原理而言，可分为：常水头试验和变水头试验。（一）常水头法是在整个试验过程中，水头保持不变。常水头法适用于透水性强的无粘性土。土的渗透系数：（3-7）下页所示为基马式渗透仪第三章土的渗透性3-3渗透系数的测定（二）变水头法在整个试验过程中，水头是随着时间而变化的。变水头法适用于透水性弱的粘性土。土的渗透系数：（3-8）或（3-9）下页为南55型渗透仪第三章土的渗透性二、成层土的渗透系数天然沉积土往往由渗透性不同的土层所组成。对于与土层层面平行和垂直的简单渗流情况，当各土层的

4、渗透系数和厚度为已知时，我们可求出整个土层与层面平行和垂直的平均渗透系数，作为进行渗流计算的依据。第三章土的渗透性如图3－6(a)所示与层面平行的渗流情况。通过整个土层的总渗流量qx应为各土层渗流量之总和，即整个土层与层面平行的平均渗流系数为：第三章土的渗透性如图3－6(b)所示与层面垂直的渗流情况。通过整个土层的总渗流量qy应为各土层渗流量之总和，即整个土层与层面垂直的平均渗流系数为：第三章土的渗透性3-4二向渗流和流网的特征一、如果土是各向同性的kx等于ky，则上式就是著名的拉普拉斯（Laplace）方程，它是描述稳定渗流的基本方程式。二、流网及

5、其特征就渗流问题来说，一组曲线称为等势线，在任一条等势线上各点的总水头是相等的；另一组曲线称为流线，它们代表渗流的方向。等势线和流线交织在一起形成的网格叫流网。第三章土的渗透性流网的确定方法对于各向同性的渗透介质，流网具有下列特征：（1）流线与等势线彼此正交；（2）每个网格的长宽比为常数；（3）相邻等势线间的水头损失相等；（4）各流槽的渗流量相等。第三章土的渗透性3-5渗流力及渗透稳定性渗流所引起的稳定问题：（1）土体的局部稳定问题，又称为渗透变形问题；（2）整体稳定问题。一、渗流力的概念水在土体中流动时，将会引起水头的损失。这种水头损失是由于水在土

6、体孔隙中流动时，力图拖曳土粒而消耗能量的结果。渗流力：渗透水流施于单位土体内土粒上的拖曳力，也称渗透力、动水压力。第三章土的渗透性验证渗流力存在的流土试验：当容器B提升到一定高度，容器A与容器B内水位差达到一定值时，可以看到砂面出现沸腾那样的景象，这种现象称为流土或浮冲、砂沸。渗流力的大小与水力梯度成正比，其作用方向与渗流（或流向）方向一致，是一种体积力。第三章土的渗透性渗流力的大小与水力梯度成正比，其作用方向与渗流（或流向）方向一致，是一种体积力。孔隙水为脱离体（1）（2）（3）（4）土粒对水流的总阻力Fs第三章土的渗透性渗流力的大小与水力梯度成正

7、比，其作用方向与渗流（或流向）方向一致，是一种体积力。沿水流方向力的平衡因为第三章土的渗透性土体为脱离体边界上土粒间传递的力；边界上孔隙水传递的力；土体自重。渗流问题，两种力的组合：（1）土粒为考察对象；J，W’（2）土体为考察对象；W,U第三章土的渗透性二、渗透变形（一）渗透变形的形式渗透变形可分为：流土和管涌两种基本形式。流土：在渗流作用下局部土体表面隆起，或土粒群同时起动而流失的现象。它主要发生在地基或土坝下游渗流溢出处。管涌：在渗流作用下土体中的细土粒在粗土粒形成的孔隙通道中发生移动并被带出的现象。它主要发生在砂砾土中。土可细分为：管涌型土；

8、过渡型土；流土型土。第三章土的渗透性（二）土的临界水力梯度土体抵抗渗透破坏的能力，称为抗渗强度。通常以濒临渗