第二章 土的渗透性及水的渗流.ppt

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1、土的渗透性及水的渗流第二章1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二维流网及其应用渗透力及其分析方法§2土的渗透性及水的渗流2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概述能量差土颗粒土中水渗流§2土的渗透性及水的渗流3水在土体中的渗透,一方面会造成水量的损失,影响工

2、程效益;另一方面将引起土体内部的应力状态的变化,从而改变水工建筑物或地基的稳定条件,严重时还会酿成破坏事故。土的渗透性的强弱,对土体的固结、强度以及工程施工都有非常重要的影响。§2土的渗透性及水的渗流4水的问题水的问题指在工程中由于水本身引起的工程问题,比如基坑、隧道等开挖工程中普遍存在地下水渗出而出现需要排水的问题;相反在以蓄水为目的的土坝中会由于渗透造成水量损失而出现需要挡水的问题;另外还有一些像污水的渗透引起地下水污染,地下水开采引起大面积地面沉降及沼泽枯竭等地下水环境的问题。也就是说,水自身的量(涌水

3、量,渗水量)、质(水质)、赋存位置(地下水位)的变化所引起的问题。§2土的渗透性及水的渗流5土的问题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影响,在坡面、挡土墙等结构物中常常会由于水的渗透而造成内部应力状态的变化而失稳;土坝、堤防、基坑等结构物会由于管涌逐渐改变地基土内的结构而酿成破坏事故;非饱和的坡面会由于水分的渗透而造成土的强度的降低而引起滑坡。由于渗透而引起的代表性例子就是地下水开采造成的地面下沉问题。§2土

4、的渗透性及水的渗流6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§2土的渗透性及水的渗流7渗流作用造成大坝塌方§2土的渗透性及水的渗流8渗水压力扬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概述§2土的渗透性及水的渗流9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概述§2土的渗透性及水的渗流10渗流量原地下水位渗流时地下水位渠道渗流概述§2土的渗透性及水的渗流11渗流滑坡渗流滑坡概述§2土的渗透性及水的渗流12渗流量渗透变形渗水压力渗流滑坡土的渗透性及渗

5、流稳定二维渗流及流网渗透力与渗透变形扬压力土坡稳定分析挡水建筑物集水建筑物引水结构物基坑等地下施工多雨地区边坡概述§2土的渗透性及水的渗流13第二章土的渗透性及水的渗流§2.3渗透力与渗透变形§2.1土的渗透性与渗透规律§2.2平面渗流与流网14§2.1土的渗透性与渗透规律一.渗流中的水头与水力坡降二.渗透试验与达西定律三.渗透系数的测定及影响因素四.层状地基的等效渗透系数15ABL§2.1土的渗透性与渗透规律透水层不透水层基坑板桩墙一.渗流中的水头与水力坡降§2土的渗透性及水的渗流16ABL一.渗流中的水头

6、与水力坡降h1h2zAzBΔh00基准面水力坡降线总水头-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:总水头:水力坡降:§2.1土的渗透性与渗透规律水头差:测管水头§2土的渗透性及水的渗流17二.渗透试验与达西定律试验前提:层流Δh↑,Q↑A↑,Q↑L↑,Q↓断面平均流速水力坡降1.渗透试验试验结果试验装置:如图试验条件:h1,A,L=const量测变量:h2,V,TΔh=h1-h2Q=V/T§2.1土的渗透性与渗透规律§2土的渗透性及水的渗流18

7、2.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,并与土的性质有关。二.渗透试验与达西定律注意: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:水力坡降i=1时的渗流速度单位:mm/s,cm/s,m/s,m/day§2.1土的渗透性与渗透规律§2土的渗透性及水的渗流192.达西定律适用条件:层流(线性流)§2.1土的渗透性与渗透规律二.渗透试验与达西定律

8、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200>Re>5时为过渡区§2土的渗透性及水的渗流20层流紊流层流紊流§2土的渗透性及水的渗流212.达西定律(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/siv

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