第3讲 土中水的运动规律ppt课件.ppt

《第3讲 土中水的运动规律ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第三讲第2章土中水的运动规律主要内容§2.1土中毛细水及其对工程的影响§2.2土的渗透性§2.3动水压力及流砂现象§2.4流网及其作用§2.1土中毛细水及其对工程的影响土是具有连续孔隙的介质，水在重力作用下可以穿过土的孔隙而发生流动。下面讨论毛细作用和土中水的渗流问题。2.1.1土层中的毛细水分布土层中的毛细水所浸润的范围称为毛细水带，毛细水带分成3种。1.正常毛细水带。位于毛细带下部。2.毛细网状水带。位于毛细带中部。3.毛细悬挂水带。位于毛细带上部。地下水位毛细上升高度(hc)毛细带2.1.2毛细水上升原理毛细水的上升是由于液体的“表面张力”和毛细管的“湿润现象”产生的。2.1.3土的毛

2、细现象对工程的影响1.引起建筑物地基冻害.2.使建筑物的防潮要求更高.3.浸蚀混凝土及钢筋.4.使土层沼泽化.浸润线流线等势线下游上游土坝蓄水后水透过坝身流向下游H隧道开挖时，地下水向隧道内流动在水位差作用下，水透过土体孔隙的现象称为渗透§2.2土的渗透性2.2.1土的层流渗透定律一、达西定律1856年法国学者Darcy对砂土的渗透性进行研究结论：水在土中的渗流量与过水断面和水头成正比，与渗流路径成正反比。速度与试样的水力梯度成正比v=Q/A=ki达西定律水力梯度，即沿渗流方向单位距离的水头损失Q=（kAh）/L二、达西定律适用范围与起始水力坡降达西定律讨论：砂土的渗透速度与水力梯度呈线性关

3、系密实的粘土，需要克服结合水的粘滞阻力后才能发生渗透;同时渗透系数与水力坡降的规律还偏离达西定律而呈非线性关系ib起始水力坡降虚直线简化达西定律适用于层流，不适用于紊流v=kiivO砂土0iv密实粘土2.2.2渗透系数及其确定方法一、实验室测定法时间t内流出的水量1.常水头试验————整个试验过程中水头保持不变适用于透水性大（k>10-3cm/s）的土，例如砂土。hAtQLk=2.变水头试验————整个试验过程水头随时间变化截面面积a任一时刻t的水头差为h，经时段dt后，细玻璃管中水位降落dh，在时段dt内流经试样的水量dV=－adh在时段dt内流经试样的水量dV=kiAdt=kAh/Ldt

4、管内减少水量＝流经试样水量－adh=kAh/Ldt分离变量积分适用于透水性差，渗透系数小的粘性土二、现场测定法现场测定法渗透系数的方法有野外注水试验和野外抽水试验1.抽水试验井点布置根据实验地的水文地质特征,在典型地点布置一抽水井及若干个观测井,组成实验网.2.渗透系数计算三、经验估算法1.哈森有效粒径公式:2.太沙基公式:22102edK×=210dK=四、影响渗透系数的因数1.土粒大小与级配细粒含量愈多，土的渗透性愈小，例如砂土中粉粒及粘粒含量愈多时，砂土的渗透系数就会大大减小。2.土的密实度3.水的动力粘滞系数同种土在不同的密实状态下具有不同的渗透系数，土的密实度增大，孔隙比降低，土的

5、渗透性也减小。动力粘滞系数随水温发生明显的变化。水温愈高，水的动力粘滞系数愈小，土的渗透系数则愈大。4.土中封闭气体含量土中封闭气体阻塞渗流通道，使土的渗透系数降低。封闭气体含量愈多，土的渗透性愈小。T、20分别为T℃和20℃时水的动力粘滞系数，可查表四、例题分析【例】设做变水头渗透试验的粘土试样的截面积为30cm2，厚度为4cm，渗透仪细玻璃管的内径为0.4cm，试验开始时的水位差为160cm，经时段15分钟后，观察得水位差为52cm，试验时的水温为30℃，试求试样的渗透系数【解答】已知试样截面积A=30cm，渗径长度L=4cm，细玻璃管的内截面积h1=160cm，h2=52cm，△t

6、=900s试样在30℃时的渗透系数§2.3动水压力和流沙现象2.3.1动水力的计算公式1.渗透力——渗透水流施加于单位土粒上的拖曳力h2h1h21L沿水流方向放置两个测压管，测压管水面高差h水流流经这段土体，受到土颗粒的阻力，阻力引起的水头损失为h土粒对水流的阻力应为土样面积根据牛顿第三定律，试样的总渗流力J和土粒对水流的阻力F大小相等，方向相反作用于单位土体的动水压力说明：渗透力j是渗流对单位土体的作用力，是一种体积力，其大小与水力坡降成正比，作用方向与渗流方向一致，单位为kN/m3渗透力的存在，将使土体内部受力发生变化，这种变化对土体稳定性有显著的影响abc渗透力方向与重力一致，促使土体

7、压密、强度提高，有利于土体稳定渗流方向近乎水平，使土粒产生向下游移动的趋势，对稳定不利渗流力与重力方向相反，当渗透力大于土体的有效重度，土粒将被水流冲出wDiTGg==2.3.2流砂、管涌和临界水利梯度渗透水流将土体的细颗粒冲走、带走或局部土体产生移动，导致土体变形—————渗透变形问题（流砂和管涌）1.流砂——在渗流作用下，局部土体表面隆起，或某一范围内土粒群同时发生移动的现象流土发生于地基或土坝下游渗流出