第三章 土滲透性與工程降水

1、上海市土力學(xué)與地基基礎(chǔ)精品課程http:/ 土的滲透性與工程降水土的滲透性與工程降水上海市土力學(xué)與地基基礎(chǔ)精品課程http:/ 述述非飽和土的滲透性較復(fù)雜，此不作介紹。上海市土力學(xué)與地基基礎(chǔ)精品課程http:/ 述述（1）滲流量問題土的滲透性研究?jī)?nèi)容如基坑開挖或施工圍堰時(shí)的滲水量及排水量計(jì)算，土堤壩身、壩基土中的滲水量，水井的供水量或排水量等上海市土力學(xué)與地基基礎(chǔ)精品課程http:/ 述述（2）滲透破壞問題土的滲透性研究?jī)?nèi)容土中的滲流會(huì)對(duì)土顆粒施加作用力，即滲流力（滲透力），當(dāng)滲流力過大時(shí)就會(huì)引起土顆?；蛲馏w的移動(dòng)，產(chǎn)生滲透變形，甚至滲透破壞。上海市土力學(xué)與地基基礎(chǔ)精品課程http:/ 述述（

2、3）滲流控制問題土的滲透性研究?jī)?nèi)容當(dāng)滲流量或滲透變形不滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，就要研究工程措施進(jìn)行滲流控制。上海市土力學(xué)與地基基礎(chǔ)精品課程http:/ 不考慮滲流路徑的迂回曲折，只分析它的主要流向； 認(rèn)為孔隙和土粒所占的空間之總和均為滲流所充滿； 同一過水?dāng)嗝?，滲流模型的流量等于真實(shí)滲流的流量； 任一界面上，滲流模型的壓力與真實(shí)滲流的壓力相等； 相同體積內(nèi)，滲流模型所受阻力與真實(shí)滲流相等。上海市土力學(xué)與地基基礎(chǔ)精品課程http:/ 位置水頭z的大小與基準(zhǔn)面的選取有關(guān)，因此水頭的大小隨著選取的基準(zhǔn)面的不同而不同。 上海市土力學(xué)與地基基礎(chǔ)精品課程http:/ ，那么在單位流程中水頭損失的多少就可以表征水在

3、土中滲流的推動(dòng)力的大小，可以用水力坡降（也稱水力梯度）來表示，即hiL2.水頭、水力梯度水頭、水力梯度（3-5）上海市土力學(xué)與地基基礎(chǔ)精品課程http:/ 地下水運(yùn)動(dòng)的兩種形式上海市土力學(xué)與地基基礎(chǔ)精品課程http:/ ，試驗(yàn)筒右端底部留一個(gè)排水口排水。上海市土力學(xué)與地基基礎(chǔ)精品課程http:/ 309cmhh則：b-b面總水頭bcbc90981cmhhh而zb=30cm，故wbbb81 3051cmhhz上海市土力學(xué)與地基基礎(chǔ)精品課程http:/ ，試求：（1）單位時(shí)間內(nèi)土樣橫截面單位面積的流量；（2）土樣1的滲透系數(shù)?！窘狻浚阂阎猭2=0.05cm/s，在例3-1中已求得hbc=9cm，（

4、1）單位時(shí)間內(nèi)土樣橫截面單位面積的流量即滲流速度為：322 22bc2/0.05 9/300.015cm /s / cm0.015cm /svq Ak ikhL上海市土力學(xué)與地基基礎(chǔ)精品課程http:/ /300.7ihLhhL （）（）且由連續(xù)性條件：1 12 2/q Ak ik i則土樣1的滲透系數(shù)為：12 21i /i0.015/ 0.70.021cm /skk上海市土力學(xué)與地基基礎(chǔ)精品課程http:/ 10時(shí)，滲流服從達(dá)西定律，而層流的界限Re一般要大于100。達(dá)西定律適用范圍達(dá)西定律適用范圍上海市土力學(xué)與地基基礎(chǔ)精品課程http:/ i0，即存在一個(gè)達(dá)西定律有效范圍的下限值。此時(shí)，達(dá)

5、西定律可寫成達(dá)西定律適用范圍達(dá)西定律適用范圍0()vk ii0()vk ii（3-8）黏性土上海市土力學(xué)與地基基礎(chǔ)精品課程http:/ ii上海市土力學(xué)與地基基礎(chǔ)精品課程http:/ 的儀器種類和試驗(yàn)方法很多，但從試驗(yàn)原理上大體可分為常水頭法常水頭法和變水頭法變水頭法兩種。k上海市土力學(xué)與地基基礎(chǔ)精品課程http:/ VLkA ht（3-10）（3-11）上海市土力學(xué)與地基基礎(chǔ)精品課程http:/ h1，經(jīng)過時(shí)間t后，再測(cè)記終了水頭差 h2 ，通過建立瞬時(shí)達(dá)西定律，即可推出滲透系數(shù)k的表達(dá)式。上海市土力學(xué)與地基基礎(chǔ)精品課程http:/ h1，經(jīng)過dt時(shí)段后，管中水位下降dh，則dt時(shí)間內(nèi)流入試

6、樣的水量為edVadh （3-12）式中a為玻璃管斷面積；右端的負(fù)號(hào)表示水量隨h的減少而增加。上海市土力學(xué)與地基基礎(chǔ)精品課程http:/ 時(shí)間內(nèi)流出試樣的滲流量為：（3-13）式中，A試樣斷面積；L試樣長(zhǎng)度。0hdVkiAdtkAdtL根據(jù)水流連續(xù)原理，應(yīng)有 ，即0edVdVhadhkAdtL（3-14）aL dhdtkAh （3-15）上海市土力學(xué)與地基基礎(chǔ)精品課程http:/ 12lnha Ltk Ah12lnhaLkAth122.3lghaLkAth（3-19）上海市土力學(xué)與地基基礎(chǔ)精品課程http:/ 25s觀察的水位差為100cm，試求試樣的滲透系數(shù)?！窘狻俊窘狻?512123.14

7、 0.24145lnln1.4 10 cm /s3076025100haLkA tth上海市土力學(xué)與地基基礎(chǔ)精品課程http:/ 上海市土力學(xué)與地基基礎(chǔ)精品課程http:/ 值測(cè)定時(shí)，常用現(xiàn)場(chǎng)井孔抽水試驗(yàn)或注水試驗(yàn)的方法。對(duì)于均質(zhì)的粗粒土層，用現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)測(cè)出的k值往往會(huì)比室內(nèi)試驗(yàn)更為可靠。下面主要介紹用抽水試驗(yàn)確定k值的方法。k上海市土力學(xué)與地基基礎(chǔ)精品課程http:/ kdr2drQkhdhr（3-23）上海市土力學(xué)與地基基礎(chǔ)精品課程http:/ hhr212221ln(/)()rrQkhh212221lg(/)2.3()rrQkhh上海市土力學(xué)與地基基礎(chǔ)精品課程http:/ 。流網(wǎng)法-通

8、過繪制流線與勢(shì)線的網(wǎng)絡(luò)狀曲線簇來求解滲流問題。上海市土力學(xué)與地基基礎(chǔ)精品課程http:/ 。上海市土力學(xué)與地基基礎(chǔ)精品課程http:/ xqk i dzdyzz zqk i dxdy()xxxxxqdqk idi dzdy()zzzzzqdqk idi dxdy上海市土力學(xué)與地基基礎(chǔ)精品課程http:/ di dzk di dx22220hhxz上海市土力學(xué)與地基基礎(chǔ)精品課程http:/ （3-35）根據(jù)式（3-35）所計(jì)算出的水頭損失和已確定的基準(zhǔn)面，就可以計(jì)算出滲流場(chǎng)中任意一點(diǎn)的水頭。上海市土力學(xué)與地基基礎(chǔ)精品課程http:/ Akibkbkaa N 上海市土力學(xué)與地基基礎(chǔ)精品課程http

9、:/ hkN 1MmMqqMk hk HN （3-39）總滲透流量為QqL（3-40）L上海市土力學(xué)與地基基礎(chǔ)精品課程http:/ 各個(gè)網(wǎng)格的長(zhǎng)寬比各個(gè)網(wǎng)格的長(zhǎng)寬比l/s=c應(yīng)為常數(shù)。取應(yīng)為常數(shù)。取c=1，即為曲即為曲邊正方形邊正方形3. 在邊界上滿足流場(chǎng)邊界條件要求，保證解的唯一性。在邊界上滿足流場(chǎng)邊界條件要求，保證解的唯一性。上海市土力學(xué)與地基基礎(chǔ)精品課程http:/ 和（3）土柱內(nèi)土粒對(duì)水流的阻力，其大小應(yīng)與滲流力相等，方向相反。設(shè)單位土體內(nèi)的滲流力和土粒對(duì)水流阻力分別為J和T，則土粒對(duì)水流總阻力 ，方向豎直向下，而單位土體內(nèi)的滲流力J=T，方向豎直向上。wTTLA 上海市土力學(xué)與地基基

10、礎(chǔ)精品課程http:/ 相同。滲透力的大小和水力梯度成正比，其方向與滲透方向一致。1wwwwwwAhGTh A1()wwwwhhLhTiLL（3-41）（3-42）得到wJTi（3-43）w上海市土力學(xué)與地基基礎(chǔ)精品課程http:/ ，顯然，滲流力 等于土的浮重度 時(shí)，土處于產(chǎn)生流砂的臨界狀態(tài)，因此臨界水力梯度 為3.4.2流砂或流土現(xiàn)象criwicrisG1(1)(1)=1crswiGne（3-44）上海市土力學(xué)與地基基礎(chǔ)精品課程http:/ 50.510hiL滲透力的大小為：310 0.55kN/ mwwhjiL上海市土力學(xué)與地基基礎(chǔ)精品課程http:/ 1108.7kN/ m11 0.9

11、ssatwwGe8.70.8710crwi因?yàn)閏rii所以不會(huì)發(fā)生流砂現(xiàn)象。上海市土力學(xué)與地基基礎(chǔ)精品課程http:/ 上海市土力學(xué)與地基基礎(chǔ)精品課程http:/ 粒群同時(shí)發(fā)生移動(dòng)的現(xiàn)象 流土發(fā)生于地基或土壩下游滲流出逸處，不發(fā)生于土體內(nèi)部。開挖基坑或渠道時(shí)常遇到的流砂現(xiàn)象，屬于流土破壞。細(xì)砂、粉砂、淤泥等較易發(fā)生流土破壞 上海市土力學(xué)與地基基礎(chǔ)精品課程http:/ 土體在滲透水流作用下，細(xì)小顆粒被帶出，孔隙逐漸增大，形成能穿越地基的細(xì)管狀滲流通道，掏空地基或壩體，使其變形或失穩(wěn)。管涌既可以發(fā)生在土體內(nèi)部，也可以發(fā)生在滲流出口處，發(fā)展一般有個(gè)時(shí)間過程，是一種漸進(jìn)性的破壞 流土與管涌的區(qū)別與判斷

12、上海市土力學(xué)與地基基礎(chǔ)精品課程http:/ 對(duì)對(duì)Cu10的砂和礫石、卵石，分兩種情況的砂和礫石、卵石，分兩種情況: :1.1.當(dāng)孔隙中細(xì)粒含量較少（小于當(dāng)孔隙中細(xì)粒含量較少（小于30%）時(shí)，由于阻力較小，）時(shí)，由于阻力較小，只要較小的水力坡降，就易發(fā)生管涌只要較小的水力坡降，就易發(fā)生管涌2.2.如孔隙中細(xì)粒含量較多，以至塞滿全部孔隙（此時(shí)細(xì)料含如孔隙中細(xì)粒含量較多，以至塞滿全部孔隙（此時(shí)細(xì)料含量約為量約為30%35%），此時(shí)的阻力最大，一般不出現(xiàn)管涌而會(huì)），此時(shí)的阻力最大，一般不出現(xiàn)管涌而會(huì)發(fā)生流土現(xiàn)象發(fā)生流土現(xiàn)象流土與管涌的區(qū)別與判斷流土土體局部范圍的顆粒同時(shí)發(fā)生移動(dòng)管涌只發(fā)生在水流滲出的表層只要滲透力足夠大，可發(fā)生在任何土中破壞過程短導(dǎo)致下游坡面產(chǎn)生局部滑動(dòng)等現(xiàn)象位置土類歷時(shí)后果土體