土力学与基础工程第二章ppt课件.ppt

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1、第二章土中水的运动规律概述水是土的一个组成成分，在地下工程中举足轻重。有时我们需要地下水，但更多的是治水。由于水的原因造成重大工程事故并不少见。对地下水的研究是土力学的一个重要内容。§2土中水的运动规律§2土中水的运动规律概述渗流量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压力§2土中水的运动规律概述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§2土中水的运动规律概述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§2土中水的运动规律概述渗流量原地下水位渗流时地下水位渠道渗流§

2、2土中水的运动规律概述渗流量渗透变形渗水压力土的毛细性土的渗透性流网和应用挡水建筑物集水建筑物引水结构物基坑等地下施工土在冻结过程中的迁移和积聚§2.1土的毛细性自由水是指存在于土体孔隙中电场引力之外的地下水，有毛细水和重力水之分土中水结合水受到电分子引力作用而吸附在土粒表面的水。自由水土的毛细现象——土中水在表面张力作用下，沿着细的孔隙向上及向其它方向移动的现象。土的毛细性——土能够产生毛细现象的性质。毛细水——由于毛细作用产生的细微孔隙中的水。一、土的毛细性及毛细现象的工程影响毛细水受水与空气交界面表面张力的自由水。

3、存在于地下水位以上的透水土层中。表面张力毛细管毛细网状水带：存在于中部，由毛细水下降后的残留部分形成正常毛细水带（毛细饱水带）：存在于下部，由地下水直接上升形成毛细水毛细悬挂水带：存在于上部，由地表水渗入形成毛细水带——土层中由于毛细现象所湿润的范围。毛细水通常是以毛细水带的形式存在于土体中。§2.1土的毛细性§2.1土的毛细性位于毛细水带的下部，与地下潜水连通。当地下水位急剧下降时，正常毛细水也随之迅速下降，但在较细的毛细孔隙中有一部分毛细水来不及移动，仍残留在孔隙中，形成毛细网状水带。而在较粗的孔隙中因毛细水下降，孔

4、隙中留下空气泡，这样使毛细水呈网状分布。毛细网状水带中的水，可以在表面张力和重力作用下移动。1.正常毛细水带(又称毛细饱和带)这一部分的毛细水主要是由潜水面直接上升而形成的毛细水带，毛细水几乎充满了全部孔隙。正常毛细水带会随着地下水位的升降而作相应的移动2.毛细网状水带§2.1土的毛细性位于毛细水带的中部。1．毛细水的上升是引起路基冻害的因素之一；2．对于房屋建筑，毛细水的上升会引起地下室过分潮湿;3．毛细水的上升可能引起土的沼泽化和盐渍化。3.毛细悬挂水带存在于上部，由地表水渗入形成。悬挂在土颗粒之间，不与中部或下部的

5、毛细水相连。当地表有大气降水渗入补给时，它会在重力作用下下向下移动。4.毛细现象的工程影响§2.1土的毛细性土中毛细现象毛细水分布在土粒内部相互贯通的孔隙可以看成许多形状不一、直径互异、彼此连通的毛细管上升高度:毛细升高与孔径成反比分析对象:水柱T为表面张力§2.1土的毛细性海森经验公式二、毛细水上升高度及上升速度二、毛细水上升高度及上升速度§2.1土的毛细性上升高度的相关因素——湿润角——表面张力——毛细管直径毛细现象的内因——湿润＋表面张力＋细的通道粘性土：——结合水膜影响弯液面的形成、减小孔隙有效直径——上升速度慢

6、；上升高度小粗颗粒土：——开始上升快，上升高度小。三、毛细压力毛细压力——土颗粒间的毛细水形成弯液面，在水和空气的分界面上产生的表面张力沿着弯液面切线方向作用，该作用促使两个土粒互相靠拢，在土粒的接触面上就产生一个压力，称为毛细压力。试验观察：干砂较小含水量的湿砂饱和砂§2.1土的毛细性§2.1土的毛细性土中的水结晶水矿物内部的水结合水吸附在土颗粒表面的水自由水电场引力作用范围之外的水土中冰由自由水冻成，冻胀融陷重力水毛细水在重力作用下可在土中自由流动存在于固、气之间在重力与表面张力作用下可在土粒间空隙中自由移动流动的地

7、下水（即重力水）具有动水力（对静止土颗粒的冲击力），软化土体，对基坑工程有极大的影响，是本章研究的主要对象孔隙水在水头差作用下渗透：水透过土体孔隙的现象渗透性：土允许水透过的性质称为土的渗透性造成水量损失，影响工程效益引起土体内部应力状态的变化，从而改变水土建筑物或地基的稳定条件，甚者还会酿成破坏事故本节将主要讨论水在土体中的渗透性及渗透规律，以及渗透力等问题。§2.2土的渗透性渗流量渗透力§2.2土的渗透性渗流量水在土中运动的轨迹渗流速度土的性质水的驱动能量§2.2土的渗透性水的驱动能量水往低处流水往高处“跑”速度v压

8、力u位置：使水流从位置势能高处流向位置势能低处流速：水具有的动能压力：水所具有的压力势能也可使水流发生流动渗流模型地下水是在土体的孔隙中流动的，或者说渗透现象是在土体的孔隙间发生的；由于土体孔隙受土粒的大小、形状及其分布所制约，弯弯曲曲，迂回曲折，形状极为复杂，因而导致渗流水质点的运动轨迹很不规则，如图所示。如果只注