土力學 第三章滲流

1、土的滲透性和滲流問題 第三章本章特點本章特點學習要點學習要點主要難點主要難點有較嚴格的理論（水流的一般規(guī)律）有較嚴格的理論（水流的一般規(guī)律）有經驗性規(guī)律（散粒體多孔介質特性）有經驗性規(guī)律（散粒體多孔介質特性）注重對物理概念和意義的深入理解注重對物理概念和意義的深入理解注意土是散粒體（多孔介質）這一特點注意土是散粒體（多孔介質）這一特點 水頭及水力坡降水頭及水力坡降二維流網(wǎng)及其應用二維流網(wǎng)及其應用滲透力及其分析方法滲透力及其分析方法3.1概述碎散性碎散性多孔介質多孔介質三相體系三相體系孔隙流體流動孔隙流體流動滲流滲流水、氣等在土體孔隙中流動的現(xiàn)象水、氣等在土體孔隙中流動的現(xiàn)象滲透性滲透性土具有被

2、水、氣等流體透過的性質土具有被水、氣等流體透過的性質滲透特性滲透特性強度特性強度特性變形特性變形特性非飽和土的滲透性非飽和土的滲透性飽和土的滲透性飽和土的滲透性能量差能量差土顆粒土顆粒土中水土中水滲流滲流滲流量滲透變形土石壩土石壩防滲斜墻及鋪蓋防滲斜墻及鋪蓋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3.1概述滲水壓力揚壓力滲流量滲透變形透水層透水層不透水層不透水層基坑基坑板樁墻板樁墻板樁圍護下的基坑滲流3.1概述滲流量透水層透水層不透水層不透水層天然水面天然水面水 井 滲 流漏斗狀潛水面漏斗狀潛水面Q3.1概述滲流量原地下水位原地下水位滲流時地下水位滲流時地下水位渠 道 滲 流

3、3.1概述滲流滑坡滲流滑坡3.1概述滲流量滲透變形滲水壓力滲流滑坡土的滲透性及滲透規(guī)律土的滲透性及滲透規(guī)律二維滲流及流網(wǎng)二維滲流及流網(wǎng)滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形揚壓力土坡穩(wěn)定分析土坡穩(wěn)定分析擋水建筑物 集水建筑物 引水結構物 基坑等地下施工多雨地區(qū)邊坡3.1概述3.2 土的滲透性與滲透規(guī)律 一滲流中的水頭與水力坡降一滲流中的水頭與水力坡降二滲透試驗與達西定律二滲透試驗與達西定律三滲透系數(shù)的測定及影響因素三滲透系數(shù)的測定及影響因素四層狀地基的等效滲透系數(shù)四層狀地基的等效滲透系數(shù)ABL3.23.2土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律 透水層透水層不透水層不透水層基坑基坑板樁墻板樁墻一滲流

4、中的水頭與水力坡降一滲流中的水頭與水力坡降ABLh1h2zAwAu wBu zBh h00基準基準面面水力坡降線水力坡降線g2vuzh2w wAA1uzh wBB2uzh 12hhh wuzh Lhi 總水頭總水頭單位重量水體所具有的能量z：位置水頭：位置水頭u/u/w w：壓力水頭：壓力水頭V2/(2g)：流速水頭流速水頭0 0A A點總水頭：點總水頭：B B點總水頭：點總水頭：總水頭：總水頭：水力坡降：水力坡降：水頭差：水頭差：測管水頭測管水頭3.23.2土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律 二二. . 滲透試驗與達西定律滲透試驗與達西定律試驗前提試驗前提：層流層流h，Q A，Q L，

5、 QLhAQ 斷面平均流速斷面平均流速水力坡降水力坡降AQv Lhi iv 1.1.滲透試驗滲透試驗試驗結果試驗結果試驗裝置：試驗裝置：如圖如圖試驗條件試驗條件: : h1，A，L=const量測變量量測變量: : h2，V，Th=h1-h2Q=V/T3.23.2土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律 2.2.達西定律達西定律vk isvvvn 滲透定律在層流狀態(tài)的滲流中，滲透速度在層流狀態(tài)的滲流中，滲透速度v與水力坡降與水力坡降i的一次方成正比，并與土的性質有關。的一次方成正比，并與土的性質有關。vi注意：注意：AAvvAnAv：假想滲流速度，土體試樣全斷面的平均滲流速度假想滲流速度，土體

6、試樣全斷面的平均滲流速度vs：實際平均滲流速度，孔隙斷面的平均滲流速度實際平均滲流速度，孔隙斷面的平均滲流速度A AvQvA vsAvk: : 反映土的透水性能的比例系數(shù)，稱為滲透系數(shù)反映土的透水性能的比例系數(shù)，稱為滲透系數(shù)物理意義：物理意義：水力坡降水力坡降i1 1時的滲流速度時的滲流速度單位：單位：mm/s, cm/s, m/s, m/day3.23.2土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律-滲透試驗與達西定律 3. 3.適用條件：適用條件：層流（線性流）層流（線性流） 巖土工程中的絕大多數(shù)滲流問巖土工程中的絕大多數(shù)滲流問題，包括砂土或一般粘土，均題，包括砂土或一般粘土，均屬層流范圍屬層

7、流范圍 在粗粒土孔隙中，水流形態(tài)可在粗粒土孔隙中，水流形態(tài)可能會隨流速增大呈紊流狀態(tài)，能會隨流速增大呈紊流狀態(tài)，滲流不再服從達西定律。滲流不再服從達西定律。 可用雷諾數(shù)可用雷諾數(shù)Re進行判斷：進行判斷：Re5時層流時層流Re 200時紊流時紊流200 Re 5時為過渡區(qū)時為過渡區(qū) 10ev dR3.23.2土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律-滲透試驗與達西定律（1）粗粒土：）粗粒土：礫石類土中的滲流常不符合達西定律礫石類土中的滲流常不符合達西定律砂土中滲透速度砂土中滲透速度 vcr=0.3-0.5cm/sivovcrivoi0 4. 4.兩種特例：兩種特例：（2）粘性土：）粘性土：致密的

8、粘土致密的粘土 i i0, v = k(i - i0 )(1)mvkim3.23.2土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律-滲透試驗與達西定律三三. . 滲透系數(shù)的測定及影響因素滲透系數(shù)的測定及影響因素 室內試驗測定方室內試驗測定方法法野外試驗測定方野外試驗測定方法法常水頭試驗法常水頭試驗法變水頭試驗法變水頭試驗法井孔抽水試驗井孔抽水試驗井孔注水試驗井孔注水試驗1. 1. 測定方法測定方法3.23.2土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律 室內試驗方法室內試驗方法1 1常水頭試驗法常水頭試驗法結果整理結果整理試驗裝置：試驗裝置：如圖如圖試驗條件試驗條件: : h，A，L=const量測變量

9、量測變量: : V，ti=h/LV=Qt=vAtv=kihtAVLk 適用土類：適用土類：透水性較大的砂性土透水性較大的砂性土hL土樣土樣AVQ 室內試驗方法室內試驗方法2 2變水頭試驗法變水頭試驗法透水性較小的粘性土透水性較小的粘性土?3.23.2土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律-滲透系數(shù)的測定滲透系數(shù)的測定 室內試驗方法室內試驗方法2 2變水頭試驗法變水頭試驗法試驗裝置：試驗裝置：如圖如圖試驗條件試驗條件: : h變化變化，A，L=const量測變量量測變量: : h ，t土樣土樣At=t1h1t=t2h2LQ水頭水頭測管測管開關開關a3.23.2土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲

10、透規(guī)律-滲透系數(shù)的測定滲透系數(shù)的測定 室內試驗方法室內試驗方法2 2變水頭試驗法變水頭試驗法結果整理結果整理: :理論依據(jù)理論依據(jù): :t時刻：時刻： hdtdhdVe= - adhdVo=kiAdt=k (h/L)AdtdVe=dVo流入量流入量：流出量：流出量：連續(xù)性條件：連續(xù)性條件：-adh =k (h/L)AdthdhkAaLdt 21th0haLdhdkAh 21hhlnkAaLt 21hhlnAtaLk 選擇幾組選擇幾組h1, h2, t ，計算相應的，計算相應的k，取平均值，取平均值土樣土樣At=t1h1t=t2h2LQ水頭水頭測管測管開關開關ahdhtt+dt3.23.2土的滲

11、透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律-滲透系數(shù)的測定滲透系數(shù)的測定 野外測定方法野外測定方法抽水試驗和注水試驗法抽水試驗和注水試驗法優(yōu)點：可獲得現(xiàn)場較為可優(yōu)點：可獲得現(xiàn)場較為可靠的平均滲透系數(shù)靠的平均滲透系數(shù)地下水位地下水位測壓管水面測壓管水面井井抽水量抽水量Q Qr1rr2dhdrh1hh2不透水層不透水層觀察井觀察井A=2rhi=dh/drdrdhkrh2AkiQ khdh2rdrQ )hh(krrlnQ212212 212212hh)r/rln(Qk 缺點：費用較高，耗時較長缺點：費用較高，耗時較長實驗方法：實驗方法：理論依據(jù)：理論依據(jù)：積分積分3.23.2土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與

12、滲透規(guī)律-滲透系數(shù)的測定滲透系數(shù)的測定 2.影響因素 粒徑大小及級配粒徑大小及級配孔隙比孔隙比礦物成分礦物成分結構結構kf( 土土粒粒特特性性、流流體體特特性性）飽和度（含氣量）飽和度（含氣量）水的動力粘滯系數(shù)水的動力粘滯系數(shù)3.23.2土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律-滲透系數(shù)的滲透系數(shù)的影響因素粒徑大小及級配：粒徑大小及級配：是土中孔隙直徑大小的主要影響因素；因由粗顆粒形是土中孔隙直徑大小的主要影響因素；因由粗顆粒形成的大孔隙可被細顆粒充填，故土體孔隙的大小一般由細顆粒所控制。成的大孔隙可被細顆粒充填，故土體孔隙的大小一般由細顆粒所控制。（1）土粒特性的影響）土粒特性的影響孔隙比：

13、孔隙比：是單位土體中孔隙體積的直接度量；對于砂性土，滲透系數(shù)是單位土體中孔隙體積的直接度量；對于砂性土，滲透系數(shù)k一般隨孔隙比一般隨孔隙比e增大而增大。增大而增大。礦物成分：礦物成分：對粘性土，影響顆粒的表面力；不同粘土礦物之間滲透系對粘性土，影響顆粒的表面力；不同粘土礦物之間滲透系數(shù)相差極大，其滲透性大小的次序為高嶺石數(shù)相差極大，其滲透性大小的次序為高嶺石伊里石伊里石蒙脫石；塑性指蒙脫石；塑性指數(shù)數(shù)Ip綜合反映土的顆粒大小和礦物成份，常是滲透系數(shù)的參數(shù)。綜合反映土的顆粒大小和礦物成份，常是滲透系數(shù)的參數(shù)。結構：結構：影響孔隙的構成和方向性，對粘性土影響更大；在宏觀構造上，影響孔隙的構成和方向

14、性，對粘性土影響更大；在宏觀構造上，天然沉積層狀粘性土層，常使得天然沉積層狀粘性土層，常使得 k水平水平 k垂直垂直；在微觀結構上，當孔隙；在微觀結構上，當孔隙比相同時，凝聚結構將比分散結構具有更大的透水性。比相同時，凝聚結構將比分散結構具有更大的透水性。3.23.2土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律-滲透系數(shù)的滲透系數(shù)的影響因素飽和度飽和度 s sr r(%)(%)滲透系數(shù)滲透系數(shù)k(10k(10-3-3cm/s)cm/s)8 87 76 65 54 43 32 280 90 10080 90 100飽和度的影響飽和度的影響流體粘滯性的影響流體粘滯性的影響溫度高溫度高粘滯性低粘滯性低滲

15、透系數(shù)大滲透系數(shù)大封閉氣泡對封閉氣泡對k影響很大，可影響很大，可減少有效滲透面積，還可減少有效滲透面積，還可以堵塞孔隙的通道以堵塞孔隙的通道（2）流體特性的影響）流體特性的影響3.23.2土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律-滲透系數(shù)的滲透系數(shù)的影響因素四四. .層狀地基的等效滲透系數(shù)層狀地基的等效滲透系數(shù)等效滲透系數(shù)確立各層的確立各層的km考慮滲流方向考慮滲流方向天然土層多呈層狀天然土層多呈層狀3.23.2土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律H1H2H3Hhk1k2k3xzq1xq3xq2xL1122不透水層不透水層1.水平滲流水平滲流條件條件: :mhiiL xmxqqmHH等效滲

16、透系數(shù)等效滲透系數(shù): :qx=vxH=kxiHqmx=kmimHmxmm1kk HH 3.23.2土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律-層狀地基的等效滲透系數(shù)層狀地基的等效滲透系數(shù)H1H2H3Hhk1k2k3xz2.豎直滲流豎直滲流:v承壓水承壓水條件條件:mvvmhh mHH等效滲透系數(shù)等效滲透系數(shù): :mmmvHhk zkvHh mzmvHvHkk zmmHkHk mzmH11kH k mmmmhvkH 3.23.2土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律-層狀地基的等效滲透系數(shù)層狀地基的等效滲透系數(shù)3.3.算例算例 day/m100k,m0 . 1Hday/m1k,m0 . 1Hda

17、y/m01. 0k,m0 . 1H332211 按層厚加權平均，由較大值控制按層厚加權平均，由較大值控制倒數(shù)按層厚加權平均，由較小值控制倒數(shù)按層厚加權平均，由較小值控制day/m67.33HHkkiix day/m03. 0kHHkiiz 3.23.2土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律-層狀地基的等效滲透系數(shù)層狀地基的等效滲透系數(shù)3.2 3.2 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律 第三章 土的滲透性和滲流問題 3.3 3.3 平面滲流與流網(wǎng)平面滲流與流網(wǎng) 3.4 3.4 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形 3.1 3.1 概述概述 zxzvxvdxxvvxx dzzvvzz hh h

18、恒定恒定穩(wěn)定滲流穩(wěn)定滲流h=h(x,z), v=v(x,z)對單寬對單寬dy=1dy=1，取一微小單元，取一微小單元dx, dzdx, dz與時間無關與時間無關xz3.33.3平面滲流與流網(wǎng)平面滲流與流網(wǎng) Laplace方程方程（基本方程）（基本方程）連續(xù)性條件連續(xù)性條件達西定律達西定律流線方程流線方程假定假定kx=kz流線描述流線描述水頭描述水頭描述勢函數(shù)的勢函數(shù)的基本方程基本方程 流函數(shù)的流函數(shù)的基本方程基本方程 勢函數(shù)勢函數(shù) 流函數(shù)流函數(shù)共軛調和，等值線正交共軛調和，等值線正交求解（流網(wǎng)）求解（流網(wǎng)）邊界條件邊界條件基本要求基本要求繪制方法繪制方法主要特點主要特點實際應用實際應用3.33

19、.3平面滲流與流網(wǎng)平面滲流與流網(wǎng) zxzvxvdxxvvxx dzzvvzz 0zvxvzx 連續(xù)性條件連續(xù)性條件dxvdzvdqzxe dx)dzzvv(dz)dxxvv(dqzzxxo oedqdq 一一. . 平面滲流的基本方程及求解平面滲流的基本方程及求解 1. 基本方程基本方程水頭描述水頭描述3.33.3平面滲流與流網(wǎng)平面滲流與流網(wǎng) 0zvxvzx zhkv;xhkvzzxx 連續(xù)性條件連續(xù)性條件 達西定律達西定律0zhxh2222 0zhkxhk22z22x Laplace方程方程描述滲流場內部的測管水頭描述滲流場內部的測管水頭的分布，是平面穩(wěn)定滲流的的分布，是平面穩(wěn)定滲流的基本方

20、程式之一基本方程式之一 假定假定 kx=kz 22220 xz h：勢函數(shù)：勢函數(shù)與滲透系數(shù)無關與滲透系數(shù)無關 等價于水頭等價于水頭3.33.3平面滲流與流網(wǎng)平面滲流與流網(wǎng) -平面滲流的基本方程及求解平面滲流的基本方程及求解 1. 基本方程基本方程流線描述流線描述22220 xz xz+ddql 同一條流線上，流函數(shù)的值為常數(shù)，流線不能相交同一條流線上，流函數(shù)的值為常數(shù)，流線不能相交l 兩條流線流函數(shù)的差值等于其間通過的流量兩條流線流函數(shù)的差值等于其間通過的流量v vx xv vz zdzdz-dx-dx(x,z)3.33.3平面滲流與流網(wǎng)平面滲流與流網(wǎng) -平面滲流的基本方程及求解平面滲流的基

21、本方程及求解 0zhxh2222 2222ff0 xz22220 xz 22220 xz Laplace方程方程1 1）勢函數(shù)和流函數(shù)均滿足拉普拉斯方程）勢函數(shù)和流函數(shù)均滿足拉普拉斯方程2 2）勢函數(shù)等值線和流函數(shù)）勢函數(shù)等值線和流函數(shù)等值線等值線正交正交，任一點兩線的斜率互成負倒數(shù)，任一點兩線的斜率互成負倒數(shù)3 3）勢函數(shù)和流函數(shù)為共軛調和函數(shù)，兩者完備地描述了一滲流場）勢函數(shù)和流函數(shù)為共軛調和函數(shù)，兩者完備地描述了一滲流場 +d +d ba3.33.3平面滲流與流網(wǎng)平面滲流與流網(wǎng) -平面滲流的基本方程及求解平面滲流的基本方程及求解 2. 求解方法求解方法 確定滲流場內各點的確定滲流場內各點

22、的測管水頭測管水頭h h的分布的分布基本方程基本方程邊界條件邊界條件定解條件定解條件其它各量其它各量3.33.3平面滲流與流網(wǎng)平面滲流與流網(wǎng) -平面滲流的基本方程及求解平面滲流的基本方程及求解 邊界條件邊界條件透水層透水層不透水層不透水層基坑基坑板樁墻板樁墻水頭邊界條件：水頭邊界條件：首尾等水頭線首尾等水頭線12 流速邊界條件：流速邊界條件：邊界流線邊界流線3 其它邊界條件：其它邊界條件：滲出面、滲出面、自由水面自由水面13223.33.3平面滲流與流網(wǎng)平面滲流與流網(wǎng) -平面滲流的基本方程及求解平面滲流的基本方程及求解 解析方法解析方法 試驗比擬方法試驗比擬方法 （電比擬方法）（電比擬方法）

23、數(shù)值方法數(shù)值方法 圖解法圖解法 流網(wǎng)流網(wǎng)近似求解方法近似求解方法 適用于邊界條件簡單的情況適用于邊界條件簡單的情況 通解：兩個共軛調和函數(shù)通解：兩個共軛調和函數(shù)勢函數(shù)勢函數(shù)(x,z)(x,z)流函數(shù)流函數(shù)(x,z)(x,z)等勢線等勢線流線流線相互正交相互正交邊界條件邊界條件特定解特定解差分法、有限元方法，精度高，應用愈來愈廣泛差分法、有限元方法，精度高，應用愈來愈廣泛 利用滲流場和電場均服從利用滲流場和電場均服從LaplaceLaplace方程這一特點，按一定比例制方程這一特點，按一定比例制作模型，用電場中的等勢線和流線來模擬滲流場中的等勢線和流線，作模型，用電場中的等勢線和流線來模擬滲流場

24、中的等勢線和流線，以達到確定滲流場中滲流要素的目的。以達到確定滲流場中滲流要素的目的。理論基礎：理論基礎：解析法的結果解析法的結果3.33.3平面滲流與流網(wǎng)平面滲流與流網(wǎng) -平面滲流的基本方程及求解平面滲流的基本方程及求解 二二. .流網(wǎng)的繪制及應用流網(wǎng)的繪制及應用 流流 網(wǎng)網(wǎng)滲流場中的兩族相互正交曲線滲流場中的兩族相互正交曲線等勢線和流線所形成的等勢線和流線所形成的網(wǎng)絡狀曲線簇。網(wǎng)絡狀曲線簇。 流流 線線水質點運動的軌跡線。水質點運動的軌跡線。 等勢線等勢線測管水頭相同的點之連線測管水頭相同的點之連線 。 流網(wǎng)法流網(wǎng)法通過繪制流線與勢線的網(wǎng)絡狀曲線簇來求解滲流問題。通過繪制流線與勢線的網(wǎng)絡狀

25、曲線簇來求解滲流問題。Hh03.33.3平面滲流與流網(wǎng)平面滲流與流網(wǎng) 基本要求基本要求1. 正交性：流線與等勢線（等水頭線）必須正交正交性：流線與等勢線（等水頭線）必須正交Hh0lsls2. 等間隔流線與等間隔等勢線形成的流網(wǎng)中，各個網(wǎng)格等間隔流線與等間隔等勢線形成的流網(wǎng)中，各個網(wǎng)格的長寬比的長寬比c c應為常數(shù)。取應為常數(shù)。取c=1c=1，即為曲邊正方形，即為曲邊正方形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。 +d +d badvaadvbb dhlcds 通解通解數(shù)學描述數(shù)學描述幾何表示幾何表示3.33.3平面滲流與流網(wǎng)平面滲流與流

26、網(wǎng)-流網(wǎng)的繪制流網(wǎng)的繪制ABCDlsHh h00ls 繪制方法繪制方法一個高精度的流網(wǎng)圖，需經過一個高精度的流網(wǎng)圖，需經過多次的修改后才能完成。多次的修改后才能完成。根據(jù)滲流場根據(jù)滲流場的邊界條件的邊界條件確定邊界流線確定邊界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初步繪制流網(wǎng)初步繪制流網(wǎng)流線流線等勢線等勢線反復修改，調整反復修改，調整精度較高的流網(wǎng)圖精度較高的流網(wǎng)圖工具：工具：鉛筆橡皮鉛筆橡皮3.33.3平面滲流與流網(wǎng)平面滲流與流網(wǎng)-流網(wǎng)的繪制流網(wǎng)的繪制 主要特點主要特點與上下游水位變化無關與上下游水位變化無關 h=consth=const；與與k k無關；無關；等勢線上

27、各點測管水頭等勢線上各點測管水頭h h相等。相等。Hh0lsls3.33.3平面滲流與流網(wǎng)平面滲流與流網(wǎng)-流網(wǎng)的繪制流網(wǎng)的繪制 測管水頭測管水頭 h h 實際應用實際應用l /Hi ）（zhhiiikv HMkMqq;HkslHkqiiii 確定孔壓確定孔壓 確定流速確定流速 確定流量確定流量 水力坡降水力坡降Hh0lslsM: 流道數(shù)流道數(shù)H= h/N: 相鄰等勢線間的水頭損失相鄰等勢線間的水頭損失3.33.3平面滲流與流網(wǎng)平面滲流與流網(wǎng)-流網(wǎng)的流網(wǎng)的實際應用實際應用Laplace方程方程（基本方程）（基本方程）連續(xù)性條件連續(xù)性條件達西定律達西定律假定假定kx=kz流線方程流線方程水頭描述水

28、頭描述勢函數(shù)勢函數(shù) 流線描述流線描述流函數(shù)流函數(shù)共軛、正交共軛、正交理論基礎理論基礎邊界條件邊界條件小結求解求解平面滲流的基本方程及求平面滲流的基本方程及求解解流網(wǎng)的繪制及應流網(wǎng)的繪制及應用用實際應用實際應用基本要求基本要求主要特點主要特點繪制方法繪制方法3.33.3平面滲流與流網(wǎng)平面滲流與流網(wǎng)3.2 3.2 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律 第三章 土的滲透性和滲流問題 3.3 3.3 平面滲流與流網(wǎng)平面滲流與流網(wǎng) 3.4 3.4 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形 3.1 3.1 概述概述 一一. 滲透力滲透力1、試驗觀察滲透變形滲透變形滲透力滲透力二二. .滲透變形（滲透破壞）滲透

29、變形（滲透破壞） 2、物理本質3、計算方法土水整體分析土水整體分析土水隔離分析土水隔離分析3.4 3.4 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形 一一. . 滲透力滲透力1、試驗觀察h=0 h=0 靜水中，土骨架會受到浮力作用。靜水中，土骨架會受到浮力作用。h0 h0 水在流動時，水流受到來自土骨架的阻力，同時流動的孔隙水對土骨水在流動時，水流受到來自土骨架的阻力，同時流動的孔隙水對土骨架產生一個摩擦、拖曳力。架產生一個摩擦、拖曳力。滲透力滲透力 j j 滲透作用中，孔隙水對土骨架的作用力，方向與滲流方向一致。滲透作用中，孔隙水對土骨架的作用力，方向與滲流方向一致。h1hh200hwL土樣土樣濾網(wǎng)濾

30、網(wǎng)貯水器貯水器a b3.4 3.4 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形 h1hh200hwL土樣土樣濾網(wǎng)濾網(wǎng)貯水器貯水器a b土土粒粒滲滲 流流j滲透力與浮力有何區(qū)別？滲透力與浮力有何區(qū)別？2、物理本質3.4 3.4 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形 -滲透力滲透力h200hwL土樣土樣濾網(wǎng)濾網(wǎng)貯水器貯水器a bP2WP1R靜水中的土體靜水中的土體A=1W = = LsatsatL( + w)P1 = = whwP2 = = wh2R = ?R + P2 = W + P1R + wh2 = L( + w) + whw R = L 土水整體分析土水整體分析3、計算方法3.4 3.4 滲透力與滲透變

31、形滲透力與滲透變形 -滲透力滲透力h1hh200hwL土樣土樣濾網(wǎng)濾網(wǎng)貯水器貯水器a bP2WP1R靜水中的土體靜水中的土體A=1W = = LsatsatL( + w)P1 = = whwP2 = = wh1R = ?R + P2 = W + P1R + wh1 = L( + w) + whw R = L whR = L 滲流中的土體滲流中的土體3.4 3.4 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形 -滲透力滲透力-計算方法計算方法h1hh200hwL土樣土樣濾網(wǎng)濾網(wǎng)貯水器貯水器a bP2WP1R靜水中的土體靜水中的土體A=1R = L whR = L 滲流中的土體滲流中的土體向上滲流存在時，濾網(wǎng)

32、支持力減少向上滲流存在時，濾網(wǎng)支持力減少減少的部分由誰承擔？減少的部分由誰承擔？水與土之間的作用力滲流的拖曳力水與土之間的作用力滲流的拖曳力總滲透力總滲透力J = wh滲透力滲透力 j = J/V = wh/L = wij = wi3.4 3.4 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形 -滲透力滲透力-計算方法計算方法h1hh200hwL土樣土樣濾網(wǎng)濾網(wǎng)貯水器貯水器a bP2WP1RA=1R = L wh滲流中的土體所受濾網(wǎng)支持力滲流中的土體所受濾網(wǎng)支持力向上滲流存在時，濾網(wǎng)支持力減少向上滲流存在時，濾網(wǎng)支持力減少臨界水力坡降臨界水力坡降i = h/L = /wicr = / /w L wh = 0

33、e1)1G(ws e11Giscr 3.4 3.4 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形 -滲透力滲透力-計算方法計算方法P2WP1Rh1hh200hwL土樣土樣濾網(wǎng)濾網(wǎng)貯水器貯水器a bA=1P1+ Ww+ J = P2水體的平衡條件水體的平衡條件j = wiwhw+ wL + j L= wh1WJWwJ=R+P2P1P1 = = whwP2 = = wh1Ww= Vvw+ Vsw= LwiLhL)Lhh(jwww1w 土水隔離分析土水隔離分析3 3、計算方法、計算方法3.4 3.4 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形 -滲透力滲透力-計算方法計算方法4.滲透力的性質滲透力的性質物理意義：物理意義

34、：單位土體內土骨架所受到的滲透水流的拖曳力，它是體積力單位土體內土骨架所受到的滲透水流的拖曳力，它是體積力j = wi大?。捍笮。悍较颍悍较颍号c與i方向一致（均質土與方向一致（均質土與滲流方向一致）滲流方向一致）作用對象：作用對象：土骨架土骨架3.4 3.4 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形 -滲透力滲透力利用流網(wǎng)求滲透力利用流網(wǎng)求滲透力復雜條件總滲透力總滲透力大大 ?。盒。簀 網(wǎng)格面積網(wǎng)格面積 方方 向：向：與與i方向一致（均質土：流線）方向一致（均質土：流線）作用點：作用點：形心形心 ij 流網(wǎng)較密處流網(wǎng)較密處i i較大，該處滲透力也大較大，該處滲透力也大不同位置的滲透力對土體穩(wěn)定性的影響

35、不同不同位置的滲透力對土體穩(wěn)定性的影響不同jAsljJ sHsljJ HHi; jll Hh0lsls3.4 3.4 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形 -滲透力滲透力基本類型基本類型 二二. .滲透變形（滲透破壞）滲透變形（滲透破壞） 流土流土管涌管涌土工建筑物及地基由于滲流作用而出現(xiàn)的變形或破壞形成條件形成條件 防治措施防治措施 3.4 3.4 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形 -滲透變形滲透變形粘性土粘性土k1k2砂性土砂性土k2壩體壩體1. 1. 基本類型基本類型 流土流土在向上的滲透作用下，表層局部土體顆粒同時發(fā)生懸浮移動的現(xiàn)象在向上的滲透作用下，表層局部土體顆粒同時發(fā)生懸浮移動的現(xiàn)象crii0JW 和土的密實程度有關和土的密實程度有關eGiscr 11 滲流滲流原因：原因：3.4 3.4 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形 -滲透變形滲透變形管涌管涌原因：原因：內因內因 有足夠多的