第二章 土的渗透性及水的渗流ppt课件.ppt

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1、土的渗透性及水的渗流第二章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、气等液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§2.1概述能量差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A、土石坝坝基坝身渗流1.一些与土体渗流有关的工程问题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B、板桩围护下的基坑渗流渗流量透水层不透水层天然水面C、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D、渠道渗流渗流滑坡E、渗流滑坡§2.2土的渗透定律补充概

2、念：层流与紊流：水在流动时，其中任意质点的运动轨迹，称为流线，如各流线互不相交，则称为层流，反之，如流线相交，则水中出现漩涡，使水流形成不规则状态，则称为紊流。一般情况下皆以层流出现，而紊流情况只有在均匀的巨粒或粗粒石中才能产生。水头：单位重量水体所具有的能量，包括动能和位能。液体流动应满足：连续原理和能量方程，即伯努里(D.Bernoulli)方程。ABL一．土中渗流的总水头差和水力梯度h1h2zAzBΔh00基准面水力坡降线总水头－单位质量水体所具有的能量z：位置水头（位能）u/γw：压力水头（势能）V2/(2g)：流

3、速水头≈0（动能）A点总水头：B点总水头：总水头：水力坡降（梯度）：（总机械能）Δh：A、B两点间的总水头差，液体从A点向B点流动时为克服阻力而损失的能量L：为A、B两点间的渗流途径，即为流程（渗流路径或渗流长度）i的物理意义：单位渗流长度上的水力损失二.达西定律水通过断面A平均流速达西通过实验证实，当水在土中流动的形态为层流时，水渗流遵循以下规律：则有：此即为达西定律(Darcy’slaw)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。注意：AAvV：假想渗流速度，土体试样全

4、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粗粒土：①砾石类土中的渗流不符合达西定律②砂土中渗透速度vcr=0.3-0.5cm/s适用条件ivovcrivoi0层流（线性流）——大部分砂土，粉土；疏松的粘土及砂性较重的粘性土两种特例粘性土：致密的粘土i>i0,v=k(i-i0)三.渗透系数的测定及影响因素室内试验测定方法野外试验测定方法常水头试验法变水头试

5、验法井孔抽水试验一.测定方法室内试验方法1—常水头试验法1.室内测定方法结果整理试验装置：如图试验条件:Δh，A，L=const量测变量:Q，ti=Δh/Lv=Q/Atv=ki适用土类：透水性较大的砂性土室内试验方法2—变水头试验法试验装置：如图试验条件:Δh变化，A，L=const量测变量:Δh，t透水性较小的粘性土常水头法仅适用于：透水性较大的砂性土tt+Δt室内试验方法2—变水头试验法结果整理:理论依据:设t时刻：总水头差为ΔhdQ=a[(Δh-d（Δh）)-Δh]=-ad(Δh)dq=kAidtdQ=dq则dt时间

6、内渗流量：而dt内流过土截面的水量：由连续性条件：有：dq=dQ=-ad(Δh)=kA[(Δh)/L]dt选择几组Δh1,Δh2,t，计算相应的k，取平均值则在t→t+dt时，总水头差由Δh→Δh-d（Δh）常水头试验变水头试验条件已知测定算定取值Δh=constΔh变化Δh，A，LQ，t重复试验后，取均值a，A，LΔh，t室内试验方法不同时段试验，取均值适用粗粒土粘性土评价优点：室内测定设备简单，费用较省。缺点：不能很好地反映现场中土的实际渗透性质。由于土的渗透性与土的结构有关，水平方向和竖直方向的渗透性往往不一样；取样

7、时土易扰动，特别是砂土。野外测定方法－抽水试验优点：可获得现场较为可靠的平均渗透系数2.现场测定方法地下水位≈测压管水面井抽水量Qr1rr2dhdrh1hh2不透水层观察井A=2πrhi=dh/dr缺点：费用较高，耗时较长实验方法：积分得：记录观测孔内水位高度h1、h2和抽水量Q粒径大小及级配孔隙比矿物成分结构二.渗透系数的影响因素水的动力粘滞系数饱和度（含气量）—对k影响很大，封闭气泡三、成层土的渗透系数oH2土层1，k1土层2，k2土层n，knH1HnHyx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

8、直的简单渗流情况，当各土层的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。§2.3渗透力与渗透变形一.渗透力试验观察Δh=0静水中，土骨架会受到浮力作用。Δh>0水在流动时，水流受到来自土骨架的阻力，同时流动的孔隙水对土骨架产生一个摩擦、拖曳力。渗透力