我的土中水的運動規(guī)律ppt課件

1、123主要內容主要內容4概述概述浸透實際浸透實際流網(wǎng)及其工程運用流網(wǎng)及其工程運用土中滲流的作用力及浸透變形土中滲流的作用力及浸透變形2-1 概概 述述孔隙流體孔隙流體孔隙流體流動孔隙流體流動能量差能量差浸潤線浸潤線透水層透水層不透水層不透水層土石壩壩基壩身滲流土石壩壩基壩身滲流2-1 概概 述述水壩蓄水后，水透水壩蓄水后，水透過壩身流向下游過壩身流向下游閘基閘基2-1 概概 述述 在上游水位壓力差的作用下，水將從上游河底進入閘基的在上游水位壓力差的作用下，水將從上游河底進入閘基的地基，沿地基土中的孔隙滲向下游，再從下游河床逸出。地基，沿地基土中的孔隙滲向下游，再從下游河床逸出。 透水層透水層不

2、透水層不透水層板樁墻板樁墻基坑基坑板樁圍護下的基坑滲流板樁圍護下的基坑滲流2-1 概概 述述 基坑開挖過程中，通基坑開挖過程中，通常是基外土層中的地下常是基外土層中的地下水位高于基坑內水位而水位高于基坑內水位而構成水頭差，地下水將構成水頭差，地下水將經(jīng)過坑外土層繞過板樁經(jīng)過坑外土層繞過板樁滲入坑內。滲入坑內。l2003年年7月月1日凌晨發(fā)生的上海軌道交通日凌晨發(fā)生的上海軌道交通4號線塌方事故，直接號線塌方事故，直接經(jīng)濟損失經(jīng)濟損失1.5億元左右，億元左右，3棟建筑物嚴重傾斜，黃埔江防汛墻部棟建筑物嚴重傾斜，黃埔江防汛墻部分塌陷并引發(fā)管涌。分塌陷并引發(fā)管涌。l 事故發(fā)生段為地鐵董家渡段的兩條隧道

3、之間的一條狹小銜事故發(fā)生段為地鐵董家渡段的兩條隧道之間的一條狹小銜接通道，即旁通道，靠黃浦江接通道，即旁通道，靠黃浦江260米處。米處。l事故發(fā)生緣由：事故發(fā)生緣由：l1豎井與旁通道的開挖順序錯誤；豎井與旁通道的開挖順序錯誤；l2冷凍設備出現(xiàn)缺點導致溫度上升；冷凍設備出現(xiàn)缺點導致溫度上升；l3地下承壓水導致噴砂。地下承壓水導致噴砂。l 三方面不利要素遇在一同，最終導致了事故的發(fā)生。三方面不利要素遇在一同，最終導致了事故的發(fā)生。水的問題 水的問題指在工程中由于水本身引起的工程問水的問題指在工程中由于水本身引起的工程問題，比如基坑、隧道等開挖工程中普遍存在地題，比如基坑、隧道等開挖工程中普遍存在地

4、下水滲出而出現(xiàn)需求排水的問題；相反在以蓄下水滲出而出現(xiàn)需求排水的問題；相反在以蓄水為目的的土壩中會由于浸透呵斥水量損失而水為目的的土壩中會由于浸透呵斥水量損失而出現(xiàn)需求擋水的問題；另外還有一些像污水的出現(xiàn)需求擋水的問題；另外還有一些像污水的浸透引起地下水污染，地下水開采引起大面積浸透引起地下水污染，地下水開采引起大面積地面沉降及沼澤枯竭等地下水環(huán)境的問題。也地面沉降及沼澤枯竭等地下水環(huán)境的問題。也就是說，說本身的量就是說，說本身的量( (涌水量、滲水量涌水量、滲水量) )、質、質( (水質水質) )、賦存位置、賦存位置( (地下水位地下水位) )的變化所引起的的變化所引起的問題。問題。 土的問

5、題 土的問題是指由于水的浸透引起土體內部應力形狀土的問題是指由于水的浸透引起土體內部應力形狀的變化或土體、地根本身的構造、強度等形狀的變的變化或土體、地根本身的構造、強度等形狀的變化，從而影響建筑物或地基地穩(wěn)定性或產生有害變化，從而影響建筑物或地基地穩(wěn)定性或產生有害變形的影響，在坡面、擋土墻等構造物中經(jīng)常會由于形的影響，在坡面、擋土墻等構造物中經(jīng)常會由于水的浸透而呵斥內部應力形狀的變化而失穩(wěn)；土壩、水的浸透而呵斥內部應力形狀的變化而失穩(wěn)；土壩、堤防、基坑等構造物會由于管涌逐漸改動地基土內堤防、基坑等構造物會由于管涌逐漸改動地基土內的構造而釀成破壞事故；非飽和的坡面會由于水分的構造而釀成破壞事故

6、；非飽和的坡面會由于水分的浸透而呵斥土的強度的降低而引起滑坡。由于浸的浸透而呵斥土的強度的降低而引起滑坡。由于浸透而引起的代表性例子就是地下水開采呵斥的地面透而引起的代表性例子就是地下水開采呵斥的地面下沉問題。下沉問題。 一、滲流模型一、滲流模型實踐土體中的滲流實踐土體中的滲流2.2 浸透實際浸透實際l一是不思索滲流途徑的迂回曲折，一是不思索滲流途徑的迂回曲折，只分析它的主要流向；只分析它的主要流向；l二是不思索土體中顆粒的影響，二是不思索土體中顆粒的影響，以為空隙和土粒所占的空間之總和以為空隙和土粒所占的空間之總和均為滲流所充溢。均為滲流所充溢。對滲流作以下兩方面的簡化：對滲流作以下兩方面的

7、簡化：滲流模型滲流模型 為了使?jié)B流模型在滲流特性上與真實的滲流相一致，它還應符為了使?jié)B流模型在滲流特性上與真實的滲流相一致，它還應符合以下要求：合以下要求：l 建立滲流模型后，即可采用液體運動的有關概念和實際對土體建立滲流模型后，即可采用液體運動的有關概念和實際對土體滲流問題進展分析。滲流問題進展分析。滲流模型：滲流模型：qvAAqv0nAAvv0真實滲流：真實滲流： 工程中對于浸透速度，用滲流模型的平均浸透速度工程中對于浸透速度，用滲流模型的平均浸透速度v來替來替代真實速度。代真實速度。q：滲流流量，單位時間內流過截面積：滲流流量，單位時間內流過截面積A的水量，的水量，m3/s。v：滲流流速

8、，單位時間內流過土截面水量，：滲流流速，單位時間內流過土截面水量，m/s。01,nvv即模型的平均流速模型的平均流速小于真實流速。小于真實流速。式中：式中：1、達西浸透實驗與達西定律、達西浸透實驗與達西定律 達西達西(1856年年)分析了大量實驗資料，發(fā)現(xiàn)土中浸透的滲流分析了大量實驗資料，發(fā)現(xiàn)土中浸透的滲流量量q與圓筒斷面積與圓筒斷面積A和及水頭損失和及水頭損失h成正，與斷面間距成正，與斷面間距l(xiāng)成反比成反比，即，即二、達西二、達西Darcy浸透定律浸透定律hqkAkAil或或qvk iA式中：式中： 稱為水力坡度，也稱水力坡降；稱為水力坡度，也稱水力坡降； k為浸透系數(shù)，其值等于坡度為為浸透

9、系數(shù)，其值等于坡度為1時水的浸透速度，時水的浸透速度，cm/s。 上式所表示的關系稱為達西定律，它是浸透的根本定律。上式所表示的關系稱為達西定律，它是浸透的根本定律。ih l:直立圓筒。橫截面積為直立圓筒。橫截面積為A，上端開口。，上端開口。在側壁裝有兩支相距為在側壁裝有兩支相距為l 的側壓管。的側壓管。濾板：濾板上填放顆粒均勻的砂土。濾板：濾板上填放顆粒均勻的砂土。溢水管：水由上端注入圓筒，多余的水溢水管：水由上端注入圓筒，多余的水從此溢出，使筒內的水位維持恒定。從此溢出，使筒內的水位維持恒定。短水管：浸透過濾板的水從此流入。短水管：浸透過濾板的水從此流入。量杯：計算滲流量量杯：計算滲流量

10、q。同時讀取斷面同時讀取斷面1-1和斷面和斷面2-2處的測壓管水處的測壓管水頭值頭值h1、h2，得到兩斷面之間的水頭損失，得到兩斷面之間的水頭損失h=(l+h1)-h2。1122lvh1h2z1z2h1當滲流速度較小時，浸透的沿程水頭損失與流速的一次方成正比。在當滲流速度較小時，浸透的沿程水頭損失與流速的一次方成正比。在普通情況下，砂土、粘土中的浸透速度很小，其滲流可以看作是一種水流流普通情況下，砂土、粘土中的浸透速度很小，其滲流可以看作是一種水流流線相互平行的流動線相互平行的流動層流，滲流運動規(guī)律符合達西定律，滲流速度層流，滲流運動規(guī)律符合達西定律，滲流速度v和水力和水力梯度梯度i的關系可在

11、的關系可在v-i坐標系中成一條直線，如圖坐標系中成一條直線，如圖(a)所示。所示。 達西定律是由砂質土體達西定律是由砂質土體(中砂、細砂、粉砂等中砂、細砂、粉砂等)實驗得到的，后實驗得到的，后來推行運用于其他土體如粘土和具有細裂隙的巖石等。來推行運用于其他土體如粘土和具有細裂隙的巖石等。達西浸透實驗達西浸透實驗(a)(b)2粗粒土粗粒土(如礫石、卵石等如礫石、卵石等)的實驗結果見圖的實驗結果見圖(b)所示。所示。 由于其孔隙很大，當水力坡度較小時，流速不大，滲流可以以為是層流，速由于其孔隙很大，當水力坡度較小時，流速不大，滲流可以以為是層流，速度較小時，浸透可以以為是層流，度較小時，浸透可以以

12、為是層流， v-i關系成線性變化，達西定律依然適用。關系成線性變化，達西定律依然適用。 當水力坡度較大時，流速增大，滲流將過渡為不規(guī)那么的相互混雜的方式當水力坡度較大時，流速增大，滲流將過渡為不規(guī)那么的相互混雜的方式紊流，紊流， v-i關系成非線性變化，達西定律不再適用。關系成非線性變化，達西定律不再適用。注：對顆粒極細的粘土，由于土粒周圍存在結合水，結合水因受分子引力作用而呈注：對顆粒極細的粘土，由于土粒周圍存在結合水，結合水因受分子引力作用而呈現(xiàn)粘滯性，需抑制這種結合水的粘滯阻力才干發(fā)生滲流。常把抑制此粘滯阻力所需現(xiàn)粘滯性，需抑制這種結合水的粘滯阻力才干發(fā)生滲流。常把抑制此粘滯阻力所需求的

13、水頭梯度，稱為起始水力坡度求的水頭梯度，稱為起始水力坡度ibib，只需在到達起始水力坡度時才干發(fā)生滲流。，只需在到達起始水力坡度時才干發(fā)生滲流。 由于土體中的孔隙普通非常微小，水在土體中流動時的粘滯阻力很大、由于土體中的孔隙普通非常微小，水在土體中流動時的粘滯阻力很大、流速緩慢，因此，其流動形狀大多屬于層流。流速緩慢，因此，其流動形狀大多屬于層流。當流速較小時，各流層質點互不混雜，這種型態(tài)的流動叫當流速較小時，各流層質點互不混雜，這種型態(tài)的流動叫層流。層流。當流速較大時，各流層質點構成渦體相互混摻，這種型態(tài)當流速較大時，各流層質點構成渦體相互混摻，這種型態(tài)的流動叫做紊流。的流動叫做紊流。達西定

14、律的討論：達西定律的討論：達西定律經(jīng)過砂質土實驗得到，其適用條件是水流為層流，浸透達西定律經(jīng)過砂質土實驗得到，其適用條件是水流為層流，浸透可自在發(fā)生?？勺栽诎l(fā)生。密實粘土的浸透需求一個起始水力梯度，浸透不能自在發(fā)生，這密實粘土的浸透需求一個起始水力梯度，浸透不能自在發(fā)生，這時不符合達西定律，如圖時不符合達西定律，如圖b。3. 顆粒較大的土，如卵石，其流速大至紊流，不符合達西定律，顆粒較大的土，如卵石，其流速大至紊流，不符合達西定律，如圖如圖c三、浸透系數(shù)確實定三、浸透系數(shù)確實定thAlQhAlqk12122.3lg()ha lkA tth 根據(jù)延續(xù)性原理，流經(jīng)根據(jù)延續(xù)性原理，流經(jīng)土樣的滲流水量

15、取決于玻璃土樣的滲流水量取決于玻璃管的水位下降，管的水位下降，dt時間下降時間下降dh,流速為流速為v=-dh/dt，有，有dhqvAAdt 在土樣內，由達西定律有：在土樣內，由達西定律有：所以：所以：dhAkhlAdtlhkAAikq0ln()AlhtAkh 積分得：積分得： 為起始水頭高度。為起始水頭高度。把兩個時間及對應的水頭高度帶入上式，并做差，把兩個時間及對應的水頭高度帶入上式，并做差，可得滲流系數(shù)為：可得滲流系數(shù)為：0h)ln()(2112hhttAlAkAAh二現(xiàn)場測定浸透系數(shù)二現(xiàn)場測定浸透系數(shù)抽水法抽水法 地下水位地下水位測壓管水面測壓管水面抽水量抽水量q qdhdrrhh1h

16、2r1r2察看井察看井優(yōu)點：可獲得現(xiàn)場較為可優(yōu)點：可獲得現(xiàn)場較為可靠的平均浸透系數(shù)靠的平均浸透系數(shù) 缺陷：費用較高，耗時較長缺陷：費用較高，耗時較長不透水層不透水層透水層透水層井井2Arhidh dr2dhqAkirh kdr2drqkhdhr22112rhrhdrqkhdhr212221ln r rqkhh在半徑在半徑r r處的過水斷面面積為處的過水斷面面積為由達西定律：由達西定律：現(xiàn)場抽水實驗公式裘布依公式推導：現(xiàn)場抽水實驗公式裘布依公式推導：1991年 哈森提出用有效粒徑d10計算較均勻砂土的公式: 1955年，太沙基提出思索土體孔隙比e的閱歷公式: 210dK 22102edK三閱歷估

17、算法三閱歷估算法 土的浸透系數(shù)參考值土的浸透系數(shù)參考值2.3 流網(wǎng)及其工程運用流網(wǎng)及其工程運用閘基的滲流閘基的滲流一、平面穩(wěn)定滲流根本微分方程一、平面穩(wěn)定滲流根本微分方程11()xzxxzzxzvvdQvdx vdzvdz vdxdtxzvvdxdzdtxz 在滲流場中的在滲流場中的x，z處取一個單元體，處取一個單元體，那么對于該單元體的水量變化為：那么對于該單元體的水量變化為：假定滲流為穩(wěn)定流，土骨架不變形，假定滲流為穩(wěn)定流，土骨架不變形，流體不可緊縮，有：流體不可緊縮，有： dQ=0即：即：0 xzvvxzoxvzzvvdzzxzdxdzzvxxvvdxx 對于對于kxkz的各向異性土，達

18、西定律寫成：的各向異性土，達西定律寫成：xx xxzz zzhvk ikxhvk ikz22220 xzhhkkxz22220hhxz代入，得代入，得 ：對于各向同性土對于各向同性土 ：為求解方便，作變換，令為求解方便，作變換，令 ，得到，得到xzkkxx22220hhxzn滲流場內任一點的水頭是其坐標的函數(shù)，因此求解滲流問題的滲流場內任一點的水頭是其坐標的函數(shù)，因此求解滲流問題的第一步就是先確定滲流場中各點的水頭勢能，即求解滲流根第一步就是先確定滲流場中各點的水頭勢能，即求解滲流根本微分方程。本微分方程。n眾所周知，滿足拉普拉斯方程的解是兩組彼此正交的曲線。就眾所周知，滿足拉普拉斯方程的解是

19、兩組彼此正交的曲線。就滲流而言，一組為等勢線各水頭相等，另一組為流線代表滲流而言，一組為等勢線各水頭相等，另一組為流線代表滲流方向，等勢線和流網(wǎng)交錯在一同構成的網(wǎng)格叫流網(wǎng)。滲流方向，等勢線和流網(wǎng)交錯在一同構成的網(wǎng)格叫流網(wǎng)。n只需滿足邊境條件的那一種流線和等勢線的組合方式才是只需滿足邊境條件的那一種流線和等勢線的組合方式才是Laplace方程式的正確解答。方程式的正確解答。22220hhxz 拉普拉斯方程n 求解方法求解方法解析法解析法數(shù)值法數(shù)值法電擬法電擬法比較準確，但只比較準確，但只需在邊境條件簡需在邊境條件簡單情況下才干求單情況下才干求解解有限單元法有限單元法(FEM)有限差分法有限差分法

20、(FDM)電網(wǎng)絡模擬電網(wǎng)絡模擬邊境條件比較復雜的滲流邊境條件比較復雜的滲流圖解法圖解法流網(wǎng)解法流網(wǎng)解法三、平面穩(wěn)定滲流的流網(wǎng)解法三、平面穩(wěn)定滲流的流網(wǎng)解法 平面穩(wěn)定滲流根本微分方程平面穩(wěn)定滲流根本微分方程的解可以用滲流區(qū)平面內兩簇相的解可以用滲流區(qū)平面內兩簇相互正交的曲線來表示。其中一簇互正交的曲線來表示。其中一簇為流線，它代表水流的流動途徑；為流線，它代表水流的流動途徑；另一簇為等勢線，在任一條等勢另一簇為等勢線，在任一條等勢線上的各水頭相等。工程上把這線上的各水頭相等。工程上把這種等勢線簇和流線簇交錯成的網(wǎng)種等勢線簇和流線簇交錯成的網(wǎng)格圖形稱為流網(wǎng)。格圖形稱為流網(wǎng)。 閘基的滲流流網(wǎng)閘基的滲

21、流流網(wǎng)相鄰流線間的滲流區(qū)域稱為流槽，每一流相鄰流線間的滲流區(qū)域稱為流槽，每一流槽的單位滲流量與總水頭槽的單位滲流量與總水頭h、浸透系數(shù)、浸透系數(shù)k及及等勢線間隔數(shù)有關，與流槽位置無關。等勢線間隔數(shù)有關，與流槽位置無關。接近壩底，流線密集，水接近壩底，流線密集，水力梯度大，滲流速度大力梯度大，滲流速度大遠離壩底，流線稀疏，遠離壩底，流線稀疏，水力坡度小，滲流速度水力坡度小，滲流速度小小流網(wǎng)的繪制方法大致有三種：流網(wǎng)的繪制方法大致有三種：第一種是解析法；第一種是解析法；第二種方法是實驗法，常用的有水電比較法；第二種方法是實驗法，常用的有水電比較法；第三種方法是近似作圖法也稱手描法，系根據(jù)流網(wǎng)性第三

22、種方法是近似作圖法也稱手描法，系根據(jù)流網(wǎng)性質和確定的邊境條件，用作圖方法逐漸近似畫出流線質和確定的邊境條件，用作圖方法逐漸近似畫出流線和等勢線。和等勢線。近似作圖法的步驟大致為：近似作圖法的步驟大致為：先按流動趨勢畫出流線，然后根據(jù)流網(wǎng)正交性畫出等勢先按流動趨勢畫出流線，然后根據(jù)流網(wǎng)正交性畫出等勢線，構成流網(wǎng)。如發(fā)現(xiàn)所畫的流網(wǎng)不成曲邊正方形時，線，構成流網(wǎng)。如發(fā)現(xiàn)所畫的流網(wǎng)不成曲邊正方形時，需反復修正等勢線和流線直至滿足要求需反復修正等勢線和流線直至滿足要求 右圖為一帶板樁的溢流壩，其流網(wǎng)右圖為一帶板樁的溢流壩，其流網(wǎng)可按如下步驟繪出：可按如下步驟繪出： 1首先將建筑物及土層剖面按一 定的比例

23、繪出，并根據(jù)滲流區(qū)的邊境，確定邊境限及邊境等勢線。 圖圖2-11 溢流壩的滲流流網(wǎng)溢流壩的滲流流網(wǎng)2根據(jù)流網(wǎng)特性，初步繪出流網(wǎng)形狀。 3逐漸修正流網(wǎng)。 ABCDlsHh h00ls繪制方法繪制方法根據(jù)滲流根據(jù)滲流場的邊境場的邊境條件條件確定邊境流線確定邊境流線和首尾等勢線和首尾等勢線正交性正交性曲邊正方形曲邊正方形流線流線等勢線等勢線反復修正，調整反復修正，調整精度較高的流網(wǎng)圖精度較高的流網(wǎng)圖初步繪制流網(wǎng)初步繪制流網(wǎng)要求：能對流網(wǎng)進展分析，能根據(jù)流網(wǎng)求滲流速度，滲流量要求：能對流網(wǎng)進展分析，能根據(jù)流網(wǎng)求滲流速度，滲流量 和孔隙水壓力。和孔隙水壓力。1. 滲流速度滲流速度1(1)hhnhkhvk

24、iklnl lh/n-1vb2. 滲流量滲流量 (1)(1)1khbqvbnlkh mbqnlqmq) 1(3. 孔壓的計算孔壓的計算 一點的孔隙水壓力一點的孔隙水壓力u等于該點測等于該點測壓管水柱高度壓管水柱高度H與水的重度與水的重度 乘積，乘積，即即 wHuw恣意點的水柱高度恣意點的水柱高度Hi可由該點所在的等勢線的水頭確定?？捎稍擖c所在的等勢線的水頭確定。E點的總水頭點的總水頭hE應為入滲邊境上的總水頭減去這段流程的水頭損失，即應為入滲邊境上的總水頭減去這段流程的水頭損失，即fEhhZh)(11水頭損失水頭損失hf為為hihf) 1(E點測壓管水柱高度點測壓管水柱高度HE為為E點總水頭與

25、其位置坐標值點總水頭與其位置坐標值ZE之差，即之差，即hiZZhZhHEEEE) 1()(11【例題【例題2-1】板樁支擋構造如圖】板樁支擋構造如圖2-12所示，由所示，由于基坑內外土層存在水位差而發(fā)生滲流，滲于基坑內外土層存在水位差而發(fā)生滲流，滲流流網(wǎng)如圖中所示。知土層浸透系數(shù)流流網(wǎng)如圖中所示。知土層浸透系數(shù)k2.510-3 cm/s，A點、點、B點分別位于基坑底點分別位于基坑底面以下面以下1.2 m和和2.6 m。試求。試求:圖2-12 1整個滲流區(qū)的單位寬度流量整個滲流區(qū)的單位寬度流量q；2AB段的平均浸透速度段的平均浸透速度vAB。3圖中圖中A點和點和B點的孔隙水壓力點的孔隙水壓力uA

26、與與uB。 【解】【解】 (1) 基坑內外的總水頭差：基坑內外的總水頭差： 流網(wǎng)圖中共有流網(wǎng)圖中共有4條流線，條流線，9條等勢線，即條等勢線，即n=9, m=4。在流網(wǎng)中選取一網(wǎng)格，如。在流網(wǎng)中選取一網(wǎng)格，如A，B點所在的網(wǎng)格，其長度與寬度為點所在的網(wǎng)格，其長度與寬度為lb 1.5 m，那么整個滲流區(qū)的單寬流量，那么整個滲流區(qū)的單寬流量q為：為：mdmmsmlbnmkhq/11. 2/1044. 25 . 15 . 1) 19() 14(5 . 210106 . 2) 1() 1(33523(10.01.5)(10.05.01.0)2.5hm ab段的平均浸透速度：段的平均浸透速度：(2) (

27、2) 恣意兩等勢線間的水頭差：恣意兩等勢線間的水頭差：(3) A點和點和B點的測壓水柱高度分別為：點的測壓水柱高度分別為：mhZhZHmhZhZHBBAA24.431.06)6 .20 .50 .10()5 .10 .10()17()(53.231.07)2 .10 .50 .10()5 .10 .10()18()(1111 而而A點和點和B點的孔隙水壓力分別為：點的孔隙水壓力分別為：kPaHukPaHuwBBwAA4 .420 .1024.43 .250 .1053.22 .50 .3 1(1)(91)hhmn330.312.6 100.54 10/1.5ababhvk ikcm sl水在土

28、中流動水在土中流動能量耗費能量耗費力圖拖曳土粒力圖拖曳土粒水頭損失水頭損失2.4 土中滲流的作用力及浸透變形土中滲流的作用力及浸透變形浸透水流對土骨架產生的浸透水流對土骨架產生的拖曳力稱為浸透力、滲流拖曳力稱為浸透力、滲流力、動水壓力力、動水壓力h2h0h1h0h2wh02whh01whh1whGwGw0wh12whhJsJsABCDABCDFHFNABCDl lbGwJsFHU2lwwHwNwwGVVVlbbhhFwH)(21lhFwN0FNGw0wh12whhJsABCDFHFNsin0HswFJG12()sinswwJhh blb2112()wwswhhhhh blblJbh設阻力設阻力

29、Js 在水流方向和垂直水流方向的分量分別為在水流方向和垂直水流方向的分量分別為Jst、Jsn，在垂直水流方向的平衡：在垂直水流方向的平衡： 可見阻力可見阻力Js 在垂直水流方向的分量為零，在垂直水流方向的分量為零， 因此因此Js =Jst ，其方向與水流方向一致。，其方向與水流方向一致。0coswsnNGJF000bhlblhJwwsn021cossinhbhhhlswwJhjiVlswJJbhh2h0h1h0hABCDl lbl水流對土粒的浸透力水流對土粒的浸透力J是阻力是阻力Js 的反作用力，的反作用力，故單元體中的浸透力為故單元體中的浸透力為 單位體積內土粒遭到的單位浸透力為：單位體積內

30、土粒遭到的單位浸透力為： Gw0wh12whhJsABCDFHFNl1 1點，滲流力與重點，滲流力與重力方向一致，滲流力方向一致，滲流力促使土體壓密，力促使土體壓密，對穩(wěn)定有利。對穩(wěn)定有利。l2 2點、點、3 3點，滲流力點，滲流力與重力方向正交，與重力方向正交，對穩(wěn)定不利。對穩(wěn)定不利。l3 3點，滲流力與重點，滲流力與重力方向相反，對穩(wěn)力方向相反，對穩(wěn)定特別不利。定特別不利。浸透變形：當水力梯度超越一定的界限值后，土中的滲流水浸透變形：當水力梯度超越一定的界限值后，土中的滲流水流會把部分土體或土顆粒沖出、帶走，導致部分土體發(fā)生位流會把部分土體或土顆粒沖出、帶走，導致部分土體發(fā)生位移，位移到達

31、一定程度，土體將發(fā)生失穩(wěn)破壞，這種景象稱移，位移到達一定程度，土體將發(fā)生失穩(wěn)破壞，這種景象稱為浸透變形。為浸透變形。 浸透變形主要有兩種方式：浸透變形主要有兩種方式：(1)流土流土(流砂流砂)：滲流水流將整個土體帶走的景象：滲流水流將整個土體帶走的景象(2)管涌：滲流中土體大顆粒之間的小顆粒被沖出的景象。管涌：滲流中土體大顆粒之間的小顆粒被沖出的景象。1. 流土流土(砂砂) 假設水的滲流方向自上而下，在土體外表取一單元體進假設水的滲流方向自上而下，在土體外表取一單元體進展分析。知土的有效重度為展分析。知土的有效重度為 ，當向上的浸透力，當向上的浸透力J與土的有與土的有效重度相等時，即效重度相等

32、時，即wsatwJi 這時，土顆粒間的壓力就等于零，土顆粒將處于懸浮形狀這時，土顆粒間的壓力就等于零，土顆粒將處于懸浮形狀而失去穩(wěn)定，這種景象就稱為流砂。這時的水力梯度稱為臨而失去穩(wěn)定，這種景象就稱為流砂。這時的水力梯度稱為臨界水力梯度界水力梯度icr為：為：(1)(1)(1)(1)swscrwweie(和土的密實程度有關和土的密實程度有關)流砂構成條件：流砂構成條件： ciiiKK: 平安系數(shù)平安系數(shù)2.02.5 i : 允許水力坡度；允許水力坡度；i icr :土體處于穩(wěn)定形狀土體處于穩(wěn)定形狀土體發(fā)生流土破壞土體發(fā)生流土破壞土體處于臨界形狀土體處于臨界形狀工程閱歷判別：工程閱歷判別：粘性土

33、中，浸透力的作用往往使?jié)B流逸出處某一范圍內的土體粘性土中，浸透力的作用往往使?jié)B流逸出處某一范圍內的土體出現(xiàn)外表隆起變形出現(xiàn)外表隆起變形 ；粉砂細砂及粉土等粘聚性差的細粒土中，水力梯度到達一定值粉砂細砂及粉土等粘聚性差的細粒土中，水力梯度到達一定值后，滲流逸出處出現(xiàn)外表隆起變形的同時，還能夠出現(xiàn)滲流水流后，滲流逸出處出現(xiàn)外表隆起變形的同時，還能夠出現(xiàn)滲流水流夾帶泥土向外涌出的砂沸景象。夾帶泥土向外涌出的砂沸景象。 2.管管涌涌 水在砂土中滲流時，土中的一些細小顆粒在浸透力作用下，能水在砂土中滲流時，土中的一些細小顆粒在浸透力作用下，能夠經(jīng)過粗顆粒的孔隙被水流帶走，這種景象稱為管涌。管涌能夠于夠經(jīng)

34、過粗顆粒的孔隙被水流帶走，這種景象稱為管涌。管涌能夠于部分范圍，但也能夠逐漸擴展，最后導致土體失穩(wěn)破壞。部分范圍，但也能夠逐漸擴展，最后導致土體失穩(wěn)破壞。管涌實驗確定臨界水力梯度：管涌實驗確定臨界水力梯度：圖圖2-14(a) 管涌實驗安裝圖管涌實驗安裝圖 圖圖2-14(b) 管涌實驗管涌實驗v-i關系曲線關系曲線發(fā)生管涌的臨界水力發(fā)生管涌的臨界水力梯度與土的顆粒大小及梯度與土的顆粒大小及其級配情況有關。其級配情況有關。不均勻系數(shù)越大，管涌景象越容易發(fā)生。不均勻系數(shù)越大，管涌景象越容易發(fā)生?！纠}【例題2-2】某工程開挖深度為】某工程開挖深度為6.0 m的基坑時采用板樁圍護構造，基的基坑時采用板樁圍護構造，基坑在排水后的穩(wěn)定滲流流網(wǎng)如圖坑在排水后的穩(wěn)定滲流流網(wǎng)如圖2-16所示。地基土的飽和重度所示。地基土的飽和重度rsat=19.