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內(nèi)容如基坑開挖或施工圍堰時的滲水量及排水量計算，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內(nèi)容土中的滲流會對土顆粒施加作用力，即滲流力（滲透力），當(dāng)滲流力過大時就會引起土顆?；蛲馏w的移動，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內(nèi)容當(dāng)滲流量或滲透變形不滿足設(shè)計要求時，就要研究工程措施進行滲流控制。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滲流的流量； 任一界面上，滲流模型的壓力與真實滲流的壓力相等； 相同體積內(nèi)，滲流模型所受阻力與真實滲流相等。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:/ 地下水運動的兩種形式上海市土力學(xué)與地基基礎(chǔ)精品課程http:/ ，試驗筒右端底部留一個排水口排水。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，滲流服從達西定律，而層流的界限Re一般要大于100。達西定律適用范圍達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，即存在一個達西定律有效范圍的下限值。此時，達

5、西定律可寫成達西定律適用范圍達西定律適用范圍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:/ 的儀器種類和試驗方法很多，但從試驗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)過時間t后，再測記終了水頭差 h2 ，通過建立瞬時達西定律，即可推出滲透系數(shù)k的表達式。上海市土力學(xué)與地基基礎(chǔ)精品課程http:/ h1，經(jīng)過dt時段后，管中水位下降dh，則dt時間內(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:/ 值測定時，常用現(xiàn)場井孔抽水試驗或注水試驗的方法。對于均質(zhì)的粗粒土層，用現(xiàn)場抽水試驗測出的k值往往會比室內(nèi)試驗更為可靠。下面主要介紹用抽水試驗確定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）所計算出的水頭損失和已確定的基準(zhǔn)面，就可以計算出滲流場中任意一點的水頭。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:/ 各個網(wǎng)格的長寬比各個網(wǎng)格的長寬比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. 在邊界上滿足流場邊界條件要求，保證解的唯一性。在邊界上滿足流場邊界條件要求，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)的滲流力和土粒對水流阻力分別為J和T，則土粒對水流總阻力 ，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，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因為crii所以不會發(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:/ 粒群同時發(fā)生移動的現(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)展一般有個時間過程，是一種漸進性的破壞 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:/ 對對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，由于阻力較小，）時，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（此時細(xì)料含量約為量約為30%35%），此時的阻力最大，一般不出現(xiàn)管涌而會），此時的阻力最大，一般不出現(xiàn)管涌而會發(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發(fā)生移動管涌只發(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)生局部滑動等現(xiàn)象位置土類歷時后果土體