岩土力学课件-- 第7章 土的渗透性与渗流.ppt

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1、土的渗透性和渗流问题第7章1多孔介质渗流水、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土颗粒土中水渗流2渗流量渗透破坏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控制三方面的问题3土的渗透变形:流土、管涌、接触冲刷、接触流失1、流土：在向上的渗透作用下，表层局部土体颗粒同时发生悬浮移动的现象2、管涌：在渗流作用下，一定级配的无粘性土中的细小颗粒，通过较大颗粒所形成的孔隙发生移动，最终在土中形成与地表贯通的管道3、接触冲刷：当渗流沿着两种渗透系数不同的土层接触面，或建筑物与地基的接触面流动时，

2、沿接触面带走细颗粒的现象4、接触流失：在层次分明，渗透系数相差悬殊的两土层中,当渗流垂直于层面将渗透系数小的一层中的细颗粒带到渗透系数大的一层中的现象.4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5渗流量透水层不透水层天然水面水井渗流漏斗状潜水面Q6§7.1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7渗流引起的工程问题：（1）渗流问题渗流问题是研究土中水的渗透量和渗透速度。（2）渗流破坏问题渗流破坏问题是研究渗透对土体的稳定性的影响。水在土孔隙中渗流，会对土骨架产生渗透力，引起土体内

3、部应力状态的改变，使土体的结构的原有稳定条件发生变化，从而影响建筑物及其他地基的稳定性。8ABL透水层不透水层基坑板桩墙一．渗流中的水头与水力坡降9ABL一．渗流中的水头与水力坡降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：水头差：测管水头10二.渗透试验与达西定律试验前提：层流断面平均流速水力坡降1.渗透试验试验结果试验条件:h1，A，L=const量测变量:h2，V，TΔh=h1-h2Q11图3.2达西渗透试验示意图122.达西定律渗透定律在层流状态的渗流

4、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：v：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k:反映土的透水性能的比例系数，称为渗透系数单位：mm/s,cm/s,m/s,m/day132.达西定律适用条件：层流（线性流）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。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142.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

5、砂土中渗透速度vcr=0.3-0.5cm/sivovcrivoi0两种特例：（2）粘性土：致密的粘土i>i0,v=k(i-i0)15三.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验法井孔抽水试验井孔注水试验1.测定方法16室内试验方法1—常水头试验法结果整理试验装置：如图试验条件:Δh，A，L=const量测变量:V，ti=Δh/LV=Qt=vAtv=ki适用土类：透水性较大的砂性土hL土样AVQ室内试验方法1—常水头试验法17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土样At=t1h1t=t

6、2h2LQ水头测管开关a适用：透水性较小的粘性土18室内试验方法2—变水头试验法结果整理:理论依据:t时刻：ΔhdtdhdVe=-adhdVo=kiAdt=k(Δh/L)AdtdVe=dVo流入量：流出量：连续性条件：-adh=k(Δh/L)Adt选择几组Δh1,Δh2,t，计算相应的k，取平均值土样At=t1h1t=t2h2LQ水头测管开关ahdhtt+dt19例:用粘性土试样做变水头试验,已知试样的截面积为30cm2,厚度为4cm,渗透仪细玻璃管内径为0.4cm,试验开始时水位差为145cm,经时段7min25s后观察到水位差为130cm,试验的水温为20℃,试求试样的渗透

7、系数.20野外测定方法－抽水试验和注水试验法优点：可获得现场较为可靠的平均渗透系数井抽水量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：理论依据：积分212.影响因素粒径大小及级配孔隙比矿物成分结构饱和度（含气量）水的动力粘滞系数222.影响因素粒径大小及级配：是土中孔隙直径大小的主要影响因素；因由粗颗粒形成的大孔隙可被细颗粒充填，故土体孔隙的大小一般由细颗粒所控制。（1）土粒特性的影响