西南交通大學土力學土的滲透性學習教案

1、會計學1西南西南(xnn)交通大學土力學土的滲透性交通大學土力學土的滲透性第一頁，共58頁。土顆粒土顆粒土中水土中水滲流滲流n土是一種碎散的多孔介質(zhì)土是一種碎散的多孔介質(zhì)(jizh)，其孔隙在空間互相，其孔隙在空間互相連通。當飽和土中的兩點存連通。當飽和土中的兩點存在能量差時，水就在土的孔在能量差時，水就在土的孔隙中從能量高的點向能量低隙中從能量高的點向能量低的點流動的點流動F 水在土體孔隙中流動的現(xiàn)象稱為滲流水在土體孔隙中流動的現(xiàn)象稱為滲流(shn li)(shn li)F 土具有被水等液體透過的性質(zhì)稱為土的滲透性土具有被水等液體透過的性質(zhì)稱為土的滲透性第2頁/共58頁第二頁，共58頁。透水

2、層透水層(shu cn)不透水層不透水層土石壩壩基土石壩壩基(b j)壩身壩身滲流滲流防滲體防滲體壩體壩體浸潤浸潤線線滲流滲流(shn li)問題：問題：1. 滲流滲流(shn li)量？量？2. 滲透破壞？滲透破壞？3. 滲透力？滲透力？第3頁/共58頁第三頁，共58頁。板樁圍護下的基坑板樁圍護下的基坑(j kn)滲流滲流滲流問題滲流問題(wnt)：1. 滲流量？滲流量？2. 滲透破壞？滲透破壞？3. 滲水壓力？滲水壓力？透水層透水層(shu cn)不透水層不透水層基坑基坑板樁墻板樁墻第4頁/共58頁第四頁，共58頁。滲流問題：滲流問題：1. 滲流量滲流量Q？2. 降水降水(jingshu)

3、深度深度？透水層透水層(shu cn)不透水層不透水層天然天然(tinrn)水面水面水井滲流水井滲流漏斗狀潛水面漏斗狀潛水面Q第5頁/共58頁第五頁，共58頁。滲流滲流(shn li)問題：問題：1. 滲流滲流(shn li)量？量？2. 地下水影響地下水影響 范圍？范圍？渠道、河流渠道、河流(hli)滲流滲流原地下水位原地下水位滲流滲流(shn li)時地時地下水位下水位第6頁/共58頁第六頁，共58頁。滲流滲流(shn li)問問題：題：1. 滲透力？滲透力？2. 入滲過程？入滲過程？降雨降雨(jin y)入滲引入滲引起的滑坡起的滑坡第7頁/共58頁第七頁，共58頁。滲流量滲流量揚壓力揚壓

4、力滲水滲水(shn shu)壓力壓力滲透破壞滲透破壞滲流速度滲流速度滲水滲水(shn shu)面位置面位置 擋水建筑物擋水建筑物 集水建筑物集水建筑物 引水結(jié)構(gòu)引水結(jié)構(gòu)(jigu)物物 基礎(chǔ)工程基礎(chǔ)工程 地下工程地下工程 邊坡工程邊坡工程滲透特性變形(bin xng)特性強度特性土的滲透特性土的滲透特性第8頁/共58頁第八頁，共58頁。F水頭與水力坡降水頭與水力坡降F土的滲透試驗與土的滲透試驗與達西定律達西定律(dngl)F滲透系數(shù)的測定滲透系數(shù)的測定及影響因素及影響因素F層狀地基的等效層狀地基的等效滲透系數(shù)滲透系數(shù)滲流滲流(shn li)的的驅(qū)動能量驅(qū)動能量反映滲流特點的定律反映滲流特點的定

5、律土的滲透性土的滲透性地基的滲透系數(shù)地基的滲透系數(shù)第9頁/共58頁第九頁，共58頁。水流動水流動(lidng)的驅(qū)動的驅(qū)動力力水往低處流水往低處流水往高處水往高處(o ch)“跑跑”速度速度v壓力壓力u位置：使水流位置：使水流(shuli)從位從位置勢能高處流向位置勢能低置勢能高處流向位置勢能低處處流速：流速：水具有的動能水具有的動能壓力：壓力：水所具有的壓力勢能水所具有的壓力勢能也可使水流發(fā)生流動也可使水流發(fā)生流動第10頁/共58頁第十頁，共58頁。n位置勢能位置勢能：mgzwumg n壓力勢能壓力勢能：00基準面基準面質(zhì)量質(zhì)量 m壓力壓力 u流速流速 vzwu n動能：動能：2mv212w

6、mv21umgmgzE n總能量總能量：2gvuzh2w 稱為稱為(chn wi)總水頭，總水頭，是水流動的驅(qū)動力是水流動的驅(qū)動力n單位單位(dnwi)重量水流重量水流的能量：的能量：水流動水流動(lidng)(lidng)的驅(qū)動的驅(qū)動力力- -水頭水頭第11頁/共58頁第十一頁，共58頁。zA00ABu0pawAu zBwBu 基準面基準面靜靜水水n位置水頭：到基準面的豎直距離位置水頭：到基準面的豎直距離，代表單位重量的液體，代表單位重量的液體(yt)從基從基準面算起所具有的位置勢能準面算起所具有的位置勢能n壓力水頭：水壓力所能引起的自壓力水頭：水壓力所能引起的自由水面的升高，表示單位重量液

7、由水面的升高，表示單位重量液體體(yt)所具有的壓力勢能所具有的壓力勢能n測管水頭：測管水面到基準面的測管水頭：測管水面到基準面的垂直距離，等于位置水頭和壓力垂直距離，等于位置水頭和壓力水頭之和，表示單位重量液體水頭之和，表示單位重量液體(yt)的總勢能的總勢能n在靜止液體在靜止液體(yt)中各點的測管水中各點的測管水頭相等頭相等位置位置(wi zhi)、壓力和測管水頭、壓力和測管水頭第12頁/共58頁第十二頁，共58頁。滲流中的水頭滲流中的水頭(shutu)(shutu)與水與水力坡降力坡降A(chǔ)BL透水層透水層不透水層不透水層基坑基坑板樁墻板樁墻滲流為水體的流動滲流為水體的流動(lidng)，

8、應(yīng)滿足液體流動應(yīng)滿足液體流動(lidng)的基的基本方程：連續(xù)性方程、能量本方程：連續(xù)性方程、能量方程。方程。第13頁/共58頁第十三頁，共58頁。ABLhAzAwAu 基準面基準面g2vuzh2w wuzh n 總水頭總水頭(shutu)(shutu)：單位重量水體所具：單位重量水體所具有的能量有的能量 位置水頭位置水頭Z Z：水體的位置勢能：水體的位置勢能(shnng)(shnng)（任選基準面）（任選基準面） 壓力水頭壓力水頭u/u/w w：水體的壓力勢能：水體的壓力勢能(shnng)(shnng)（u u孔隙水壓力）孔隙水壓力） 流速水頭流速水頭V2/(2g)V2/(2g)：水體的動能

9、（對滲流多處于層流：水體的動能（對滲流多處于層流00）n 滲流滲流(shn li)的的總水頭：總水頭：滲流問題的水頭滲流問題的水頭也稱也稱測管水頭測管水頭，是滲流的，是滲流的總驅(qū)動能，滲流總是從水頭總驅(qū)動能，滲流總是從水頭高處流向水頭低處高處流向水頭低處第14頁/共58頁第十四頁，共58頁。wBBBuzh A A點總水頭點總水頭(shutu)(shutu)：水力水力(shul)(shul)坡降坡降A(chǔ)BLhAhBzAwAu wBu zBh h基準面基準面水力坡降線水力坡降線wAAAuzh B B點總水頭點總水頭(shutu)(shutu)：二點總水頭差：反映了二點總水頭差：反映了兩點間水流由于摩

10、阻力兩點間水流由于摩阻力造成的能量損失造成的能量損失BAhhh 水力坡降水力坡降 i：單位滲流長度上的水頭損失：單位滲流長度上的水頭損失Lhi 第15頁/共58頁第十五頁，共58頁。達西滲透達西滲透(shntu)(shntu)試驗試驗LAh1h2QQ透水石1856 年達西年達西(Darcy)在研究城市在研究城市供水問題時進行的滲流供水問題時進行的滲流(shn li)試驗試驗LhAQ或：或：iAkQ 其中其中(qzhng)，A是試樣的斷面積是試樣的斷面積第16頁/共58頁第十六頁，共58頁。ikAQv達西定律達西定律(dngl)(dngl)n達西定律：在層流狀態(tài)達西定律：在層流狀態(tài)(zhungt

11、i)的滲流中，滲透速度的滲流中，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(zhì)有關(guān)的一次方成正比，并與土的性質(zhì)有關(guān)n滲透系數(shù)滲透系數(shù)k: 反映土的透水性能的比例系數(shù)，其物理意義反映土的透水性能的比例系數(shù)，其物理意義為水力坡降為水力坡降i1時的滲流速度，單位：時的滲流速度，單位： cm/s, m/s, m/dayn滲透速度滲透速度v：土體試樣全斷面的平均滲流速度，也稱假想：土體試樣全斷面的平均滲流速度，也稱假想滲流速度滲流速度nvvvs其中，其中，VsVs為實際平均流速為實際平均流速(li s)(li s)，孔隙斷面的平均流速，孔隙斷面的平均流速(li s)(li s)。第17頁/

12、共58頁第十七頁，共58頁。達西定律達西定律(dngl)(dngl)的適的適用范圍用范圍n 適用條件適用條件(tiojin)(tiojin)：層流（：層流（線性流動）線性流動）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，均屬層流范圍屬層流范圍在粗粒土孔隙在粗粒土孔隙(kngx)(kngx)中，水中，水流形態(tài)可能會隨流速增大呈紊流形態(tài)可能會隨流速增大呈紊流狀態(tài)，滲流不再服從達西定流狀態(tài)，滲流不再服從達西定律?？捎美字Z數(shù)進行判斷律?？捎美字Z數(shù)進行判斷 ：0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5達西定律達西定律適用范圍適用范圍2.01.51

13、.00.50水力坡降水力坡降流速流速 (m/h)礫石礫石粗砂粗砂中砂中砂細砂細砂極細砂極細砂h10dvReRe5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) 第18頁/共58頁第十八頁，共58頁。在純礫以上在純礫以上(yshng)(yshng)的很粗的粗的很粗的粗粒土如堆石體中，在水力坡降較大粒土如堆石體中，在水力坡降較大時，達西定律不再適用，此時：時，達西定律不再適用，此時：ivoi0n 兩種特例兩種特例(tl)(tl)對致密的粘性土，存在起始對致密的粘性土，存在起始(q sh)(q sh)水力坡降水力坡降i0i0ivovcr)1m(kivm )(1mkivmii

14、0, v=k (i - i0 )達西定律的適用范圍達西定律的適用范圍第19頁/共58頁第十九頁，共58頁。滲透系數(shù)的測定方法滲透系數(shù)的測定方法 常水頭常水頭(shutu)試驗試驗法法 變水頭變水頭(shutu)試驗試驗法法 井孔抽水井孔抽水(chu shu)試驗試驗 井孔注水試驗井孔注水試驗F 室內(nèi)試驗方法室內(nèi)試驗方法(fngf)F 野外試驗方法野外試驗方法(fngf)第20頁/共58頁第二十頁，共58頁。室內(nèi)試驗室內(nèi)試驗(shyn)(shyn)方法方法- -常水頭試驗常水頭試驗(shyn)(shyn)法法n 試驗條件試驗條件: h: h，A A，L=constL=constn 量測變量量測變

15、量(binling): (binling): 體積體積V V，t tn 適用適用(shyng)土類：透水性較大的砂土類：透水性較大的砂性土性土i=h/LV=Qt=vAtv=kihtAVLk hL土樣土樣AVQ（k10-3cm/s）第21頁/共58頁第二十一頁，共58頁。室內(nèi)試驗方法室內(nèi)試驗方法(fngf)-(fngf)-變水頭試驗法變水頭試驗法n 試驗條件試驗條件(tiojin):h(tiojin):h變變化化 A A，a a，L=constL=constn 量測變量量測變量: : h h，t tn 適用適用(shyng)土類：透水土類：透水性較小性較小 的粘性土的粘性土土土樣樣At=t1h1

16、t=t2h2LQ水水頭頭測測管管開關(guān)開關(guān)a第22頁/共58頁第二十二頁，共58頁。土樣土樣At=t1t=t2h1h2LQ水頭水頭測管測管開關(guān)開關(guān)在在tt+dt時段內(nèi)：時段內(nèi)： 入流量入流量： dVe= - adh 出流量：出流量： dVo=kiAdt=k (h/L)Adt 連續(xù)性條件：連續(xù)性條件：dVe=dVo -adh =k (h/L)AdthdhkAaLdt21hht0hdhkAaLdt21hhkAaLtlnhdhtt+dt室內(nèi)試驗方法室內(nèi)試驗方法(fngf)-(fngf)-變水頭試驗法變水頭試驗法21hhAtaLkln選擇幾組量測結(jié)果選擇幾組量測結(jié)果 ，計算相應(yīng)的，計算相應(yīng)的k，取平均值

17、，取平均值第23頁/共58頁第二十三頁，共58頁。室內(nèi)室內(nèi)(sh ni)(sh ni)試驗方法試驗方法小小結(jié)結(jié)常水頭常水頭(shutu)試試驗驗變水頭變水頭(shutu)試試驗驗條件條件已知已知測定測定公式公式取值取值h=consth變化變化h，A，LV，t重復試驗后，取均值重復試驗后，取均值a，A，Lh，t21hhlnAtaLk htAVLk 不同時段試驗，取均值不同時段試驗，取均值適用適用粗粒土粗粒土粘性土粘性土第24頁/共58頁第二十四頁，共58頁?，F(xiàn)場測定法抽水現(xiàn)場測定法抽水(chu (chu shu)shu)試驗試驗抽水量抽水量Q Qr1r2h1h2井井不透水層不透水層n 試驗條件試

18、驗條件(tiojin):(tiojin):n Q=const Q=constn 量測變量量測變量: : n r=r1 r=r1，h1=h1=？n r=r2 r=r2，h2=h2=？ 優(yōu)點優(yōu)點(yudin)：可獲得現(xiàn)場較為可靠的平均滲透：可獲得現(xiàn)場較為可靠的平均滲透系數(shù)系數(shù) 缺點：費用較高，耗時較長缺點：費用較高，耗時較長觀察觀察井井第25頁/共58頁第二十五頁，共58頁。212212hhrrQk)/ln()(ln212212hhkrrQA=2 rhi=dh/drdrdhkrh2AkiQkhdh2rdrQn 計算公式：計算公式：r抽水量抽水量Q Qr1r2h1h2井井不透水層不透水層dhdrh地

19、下水位地下水位測壓管水面測壓管水面現(xiàn)場測定法抽水現(xiàn)場測定法抽水(chu shu)(chu shu)試驗試驗第26頁/共58頁第二十六頁，共58頁。n是土中孔隙直徑大小的主要是土中孔隙直徑大小的主要影響因素影響因素n因由粗顆粒形成的大孔隙可因由粗顆粒形成的大孔隙可被細顆粒充填，故土體孔隙被細顆粒充填，故土體孔隙的大小一般由細顆粒所控制的大小一般由細顆粒所控制。因此，土的滲透系數(shù)常用。因此，土的滲透系數(shù)常用有效粒徑有效粒徑d10來表示，如哈臣來表示，如哈臣公式：公式：210dck 土的性質(zhì)土的性質(zhì)(xngzh)(xngzh) 水的性質(zhì)水的性質(zhì)(xngzh)(xngzh)粒徑大小及級配粒徑大小及級配

20、孔隙孔隙(kngx)比比礦物成分礦物成分結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)第27頁/共58頁第二十七頁，共58頁。n是單位土體中孔隙體積的直是單位土體中孔隙體積的直接度量接度量n對于砂性土，常建立孔隙比對于砂性土，常建立孔隙比e與滲透系數(shù)與滲透系數(shù)k之間的關(guān)系，如之間的關(guān)系，如：)e1e(fk)e1e(fk)e(fk322 土的性質(zhì)土的性質(zhì)(xngzh)(xngzh) 水的性質(zhì)水的性質(zhì)(xngzh)(xngzh)粒徑大小及級配粒徑大小及級配孔隙比孔隙比礦物礦物(kungw)成分成分結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)第28頁/共58頁第二十八頁，共58頁。n對粘性土，影響顆粒的表面力對粘性土，影響顆粒的表面力n不同粘土礦物不同粘土礦物(kungw

21、)之間滲之間滲透系數(shù)相差極大，其滲透性大小透系數(shù)相差極大，其滲透性大小的次序為高嶺石的次序為高嶺石伊里石伊里石蒙脫石蒙脫石 ；當粘土中含有可交換的鈉離子；當粘土中含有可交換的鈉離子越多時，其滲透性將越低越多時，其滲透性將越低n塑性指數(shù)塑性指數(shù)Ip綜合反映土的顆粒大綜合反映土的顆粒大小和礦物小和礦物(kungw)成份，常是成份，常是滲透系數(shù)的參數(shù)滲透系數(shù)的參數(shù) 土的性質(zhì)土的性質(zhì)(xngzh)(xngzh) 水的性質(zhì)水的性質(zhì)(xngzh)(xngzh)粒徑大小及級粒徑大小及級配配孔隙比孔隙比礦物礦物(kungw)成分成分結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)第29頁/共58頁第二十九頁，共58頁。n影響孔隙系統(tǒng)的構(gòu)成和方向性影

22、響孔隙系統(tǒng)的構(gòu)成和方向性，對粘性土影響更大，對粘性土影響更大n在宏觀構(gòu)造在宏觀構(gòu)造(guzo)上，天然沉上，天然沉積層狀粘性土層，扁平狀粘土積層狀粘性土層，扁平狀粘土顆粒常呈水平排列，常使得顆粒常呈水平排列，常使得k水水平平k垂直垂直n在微觀結(jié)構(gòu)上，當孔隙比相同在微觀結(jié)構(gòu)上，當孔隙比相同時，凝聚結(jié)構(gòu)將比分散結(jié)構(gòu)具時，凝聚結(jié)構(gòu)將比分散結(jié)構(gòu)具有更大的透水性有更大的透水性 土的性質(zhì)土的性質(zhì)(xngzh)(xngzh) 水的性質(zhì)水的性質(zhì)(xngzh)(xngzh)粒徑大小及級配粒徑大小及級配孔隙比孔隙比礦物礦物(kungw)成分成分結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)第30頁/共58頁第三十頁，共58頁。飽和曲線飽和曲線含水量含

23、水量 wWop干容重干容重 d max 1含水量含水量 w滲透系數(shù)滲透系數(shù) k絮狀結(jié)構(gòu)絮狀結(jié)構(gòu) 分散結(jié)構(gòu)分散結(jié)構(gòu) 土的性質(zhì)土的性質(zhì)(xngzh)(xngzh) 水的性質(zhì)水的性質(zhì)(xngzh)(xngzh)粒徑大小及級配粒徑大小及級配孔隙孔隙(kngx)比比礦物成分礦物成分結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)第31頁/共58頁第三十一頁，共58頁。n水的動力粘滯系數(shù)：水的動力粘滯系數(shù)：n 溫度溫度，水粘滯性，水粘滯性，kn飽和度（含氣量）：封閉飽和度（含氣量）：封閉(fngb)氣泡對氣泡對k影響很大，影響很大，可減少有效滲透面積，還可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 土的性質(zhì)土的性質(zhì)(xngzh)(

24、xngzh) 水的性質(zhì)水的性質(zhì)(xngzh)(xngzh)粒徑大小及級粒徑大小及級配配孔隙比孔隙比礦物礦物(kungw)成分成分結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)第32頁/共58頁第三十二頁，共58頁。等效等效(dn xio)滲透系滲透系數(shù)數(shù) 確立各層土的確立各層土的kiki 根據(jù)滲流根據(jù)滲流(shn li)(shn li)方向方向確定等效滲流確定等效滲流(shn li)(shn li)系系數(shù)數(shù)天然天然(tinrn)(tinrn)土層多呈層狀土層多呈層狀多個土層用假想單一土層置換，多個土層用假想單一土層置換，使得其總體的透水性不變使得其總體的透水性不變第33頁/共58頁第三十三頁，共58頁。hH1H2H3Hk1k2k3

25、xzq1xq3xq2x1122不透水層不透水層等效等效(dn xio)(dn xio)滲滲透系數(shù)透系數(shù): : iixHkH1kkxn 已知條件已知條件: :LhiiiixxqqiHHqx=vxH=kx i Hqix=ki ii Hin 達西定律達西定律: :n 等效條件等效條件: :層狀地基層狀地基(dj)(dj)的水平等效滲透系數(shù)的水平等效滲透系數(shù)第34頁/共58頁第三十四頁，共58頁。H1H2H3Hhk1k2k3xzv承壓水承壓水層狀地基的垂直層狀地基的垂直(chuzh)(chuzh)等效滲透系數(shù)等效滲透系數(shù) iizkHHkkzvviihhiHHvi = ki (hi / Hi )iiii

26、kHvh zkvHh iiiizkHvhhkvHn 已知條件已知條件: :n 達西定律達西定律: :n 等效條件等效條件: :v = kz (h / H )等效等效(dn xio)(dn xio)滲透系數(shù)滲透系數(shù): :第35頁/共58頁第三十五頁，共58頁。n 算例說明算例說明(shumng) (shumng) daym100km01Hdaym1km01Hdaym010km01H332211/,./,./.,.按層厚加權(quán)平均，由較大按層厚加權(quán)平均，由較大(jio d)值值控制控制層厚倒數(shù)層厚倒數(shù)(do sh)加權(quán)平均，由較小加權(quán)平均，由較小值控制值控制daym6733HHkkiix/.daym

27、030kHHkiiz/.H1H2H3Hk1k2k3xz第36頁/共58頁第三十六頁，共58頁。水平滲流水平滲流(shn li)情形情形垂直垂直(chuzh)滲流情形滲流情形條件條件(ti(tiojiojin)n)已知已知等效等效公式公式LhiiHHqqiii;.;,121kHHiHkqxiixHkH1kii21HHhhvvv;.,.;,2121kkHHHhkikvzziizkHHk第37頁/共58頁第三十七頁，共58頁。小小 結(jié)結(jié)n水頭與水力坡水頭與水力坡降降n滲透試驗與達滲透試驗與達西定律西定律(dngl)n滲透系數(shù)的測滲透系數(shù)的測定及影響因素定及影響因素n層狀地基的等層狀地基的等效滲透系數(shù)

28、效滲透系數(shù) 總水頭總水頭=位置位置(wi zhi)水頭水頭+壓力水頭壓力水頭 水頭是滲流的驅(qū)動力水頭是滲流的驅(qū)動力 達西定律達西定律 滲透滲透(shntu)(shntu)系數(shù)、系數(shù)、滲透滲透(shntu)(shntu)速度速度 達西定律的適用條件達西定律的適用條件 常水頭試驗常水頭試驗 變水頭試驗變水頭試驗 抽水試驗抽水試驗 滲透系數(shù)影響因素滲透系數(shù)影響因素 水平等效滲透系數(shù)水平等效滲透系數(shù) 垂直等效滲透系數(shù)垂直等效滲透系數(shù)第38頁/共58頁第三十八頁，共58頁。滲透力滲透力- -試驗試驗(shyn)(shyn)觀察觀察nh=0 h=0 靜水中，土骨架靜水中，土骨架會受到浮力作用會受到浮力作用

29、(zuyng)(zuyng)。nh0 h0 水在流動時，水水在流動時，水流受到來自土骨架的阻力流受到來自土骨架的阻力，同時流動的孔隙水對土，同時流動的孔隙水對土骨架產(chǎn)生一個摩擦、拖曳骨架產(chǎn)生一個摩擦、拖曳力。力。h1hh200hwL土樣土樣濾網(wǎng)濾網(wǎng)貯水器貯水器a b滲透力滲透力j：滲透作用中，孔隙水對土骨架的作：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用力，方向與滲流方向一致第39頁/共58頁第三十九頁，共58頁。h1hh200hwL土樣土樣濾網(wǎng)濾網(wǎng)貯水器貯水器a b土粒土粒滲滲 流流滲透力滲透力 j j：體積：體積(tj)(tj)力力滲透力滲透力j j：單位土體內(nèi)土骨架：單位土

30、體內(nèi)土骨架所受到的滲透水流所受到的滲透水流(shuli)(shuli)的拖曳力的拖曳力第40頁/共58頁第四十頁，共58頁。截面積截面積A=1h200hwL土樣土樣濾網(wǎng)濾網(wǎng)貯水器貯水器ab滲透力滲透力- -受力分析受力分析(fnx)(fnx)WW = L sat L( + w)P1 = whwP2 = wh2R = ?R + P2 = W + P1R + wh2 = L( + w) + whw R = L n 土水整體土水整體(zhngt)(zhngt)受力分析受力分析- -靜靜水水第41頁/共58頁第四十一頁，共58頁。截面積截面積A=1WW = L sat L( + w)P1 = whwP

31、2 = wh1R = ?R + P2 = W + P1R + wh1 = L( + w) + whw R = L - w hn 土水整體土水整體(zhngt)(zhngt)受力分受力分析析- -滲流滲流h1hh200hwL土樣土樣濾網(wǎng)濾網(wǎng)貯水器貯水器a b滲透力滲透力- -受力分析受力分析(fnx)(fnx)第42頁/共58頁第四十二頁，共58頁。R = L - w hn 土水整體受力分析土水整體受力分析(fnx)- 對對比比h1hh200hwL土樣土樣濾網(wǎng)濾網(wǎng)貯水器貯水器a b 靜水中的土體靜水中的土體 滲流滲流(shn li)(shn li)中的土體中的土體向上滲流向上滲流(shn li)

32、(shn li)存在時，濾網(wǎng)支持力存在時，濾網(wǎng)支持力減少減少R = L 減少的部分由誰承擔？減少的部分由誰承擔？總滲透力：總滲透力： J=J= w w h hF 滲透力滲透力j j：單位土體內(nèi)土骨架所受到的滲透水流的拖曳力單位土體內(nèi)土骨架所受到的滲透水流的拖曳力j = J/V = w h /L = wi滲透力滲透力- -受力分析受力分析第43頁/共58頁第四十三頁，共58頁。向上滲流存在時，濾網(wǎng)支持力減向上滲流存在時，濾網(wǎng)支持力減少。當濾網(wǎng)支持力為零時少。當濾網(wǎng)支持力為零時(ln (ln sh)sh)的水力坡降稱為臨界水力坡的水力坡降稱為臨界水力坡降降icricr，它是土體開始發(fā)生流土，它是土

33、體開始發(fā)生流土破壞時的水力坡降：破壞時的水力坡降：滲透力滲透力- -受力分析受力分析(fnx)(fnx)R = L - w h=0n 臨界臨界(ln ji)水力坡降水力坡降h1hh200hwL土樣土樣濾網(wǎng)濾網(wǎng)貯水器貯水器a bicr = h/L = / we11Gws)(e11Giscr由于由于icr取決于土取決于土的物理性質(zhì)的物理性質(zhì)第44頁/共58頁第四十四頁，共58頁。= + WW Ww土水土水 = 土骨架土骨架 + 孔隙孔隙水水JRJ P1P2P1P2Rn土水隔離土水隔離(gl)受力受力分析分析R = L- w h 土骨架受力分析土骨架受力分析(fnx)：有效重量：有效重量：W=L總滲

34、透力：總滲透力：J=Lj濾網(wǎng)的反力：濾網(wǎng)的反力：R 孔隙孔隙(kngx)水受力分析水受力分析：水壓力：水壓力：P1= whw P2 = wh1總滲透力：總滲透力：J=J水重水重+浮力反力：浮力反力： Ww =Vvw+Vsw=Lw孔隙水受力平衡孔隙水受力平衡j = wi土骨架受力平衡土骨架受力平衡第45頁/共58頁第四十五頁，共58頁。滲透力的性質(zhì)滲透力的性質(zhì)(xngzh)(xngzh)F物理意義：單位土體內(nèi)土骨架所受到的滲物理意義：單位土體內(nèi)土骨架所受到的滲透水流透水流(shuli)(shuli)的拖曳力，它是一種體積的拖曳力，它是一種體積力力F大?。捍笮。?j = j = wiwiF方向：與

35、水力坡降方向一致方向：與水力坡降方向一致F作用對象：土骨架作用對象：土骨架第46頁/共58頁第四十六頁，共58頁。n土工建筑物及地基由于土工建筑物及地基由于(yuy)滲流作用而出現(xiàn)的滲流作用而出現(xiàn)的變形或破壞稱為滲透變形或滲透破壞。滲透變形變形或破壞稱為滲透變形或滲透破壞。滲透變形是土工建筑物發(fā)生破壞的常見類型是土工建筑物發(fā)生破壞的常見類型n基本類型：基本類型：n 管涌管涌n 流土流土n 接觸流土接觸流土n 接觸沖刷接觸沖刷滲透滲透(shntu)變形變形單一土層單一土層(t cn)滲滲透變形的兩種基本型透變形的兩種基本型式式第47頁/共58頁第四十七頁，共58頁。滲透滲透(shntu)(shn

36、tu)變形變形 - - 流土流土n流土：在向上的滲透作用下，表層局部范圍內(nèi)的土體或顆粒流土：在向上的滲透作用下，表層局部范圍內(nèi)的土體或顆粒群同時發(fā)生懸浮、移動的現(xiàn)象。任何群同時發(fā)生懸浮、移動的現(xiàn)象。任何(rnh)(rnh)類型的土，只類型的土，只要水力坡降達到一定的大小，都可發(fā)生流土破壞要水力坡降達到一定的大小，都可發(fā)生流土破壞粘性土粘性土k1k2砂性土砂性土k2壩體壩體滲流滲流(shn li)crii e11GiscrF 原因：原因：與土的密實度有關(guān)與土的密實度有關(guān)第48頁/共58頁第四十八頁，共58頁。壩體壩體滲透變形滲透變形(bin xng) (bin xng) 管涌管涌F 原因原因(y

37、unyn)(yunyn)內(nèi)因內(nèi)因(niyn)(niyn)：有足夠多的粗顆粒形成大于細粒直：有足夠多的粗顆粒形成大于細粒直徑的孔隙徑的孔隙外因：滲透力足夠大外因：滲透力足夠大 n在滲流作用下，一定級配的無粘性土中的細小顆粒，通在滲流作用下，一定級配的無粘性土中的細小顆粒，通過較大顆粒所形成的孔隙發(fā)生移動，最終在土中形成與過較大顆粒所形成的孔隙發(fā)生移動，最終在土中形成與地表貫通的管道地表貫通的管道滲流滲流過程演示過程演示1. 在滲透水流作用下在滲透水流作用下，細顆粒在粗顆粒，細顆粒在粗顆粒形成的孔隙中移動形成的孔隙中移動流失流失2. 孔隙不斷擴大，滲孔隙不斷擴大，滲流速度不斷增加，流速度不斷增加，

38、較粗顆粒也相繼被較粗顆粒也相繼被水帶走水帶走3. 形成貫穿的滲流通道形成貫穿的滲流通道，造成土體塌陷，造成土體塌陷第49頁/共58頁第四十九頁，共58頁。流土與管涌流土與管涌(un yn)(un yn)的比較的比較 流土流土土體局部范圍的顆粒同時發(fā)土體局部范圍的顆粒同時發(fā)生生(fshng)(fshng)移動移動管涌管涌(un yn)只發(fā)生在水流滲出的表層只發(fā)生在水流滲出的表層只要滲透力足夠大，只要滲透力足夠大，可發(fā)生在任何土中可發(fā)生在任何土中破壞過程短破壞過程短導致下游坡面產(chǎn)生局部滑動等導致下游坡面產(chǎn)生局部滑動等現(xiàn)象現(xiàn)象位置位置土類土類歷時歷時后果后果土體內(nèi)細顆粒通過粗粒形成土體內(nèi)細顆粒通過粗

39、粒形成的孔隙通道移動的孔隙通道移動可發(fā)生于土體內(nèi)部和滲流溢出可發(fā)生于土體內(nèi)部和滲流溢出處處一般發(fā)生在特定級配的無一般發(fā)生在特定級配的無粘性土或分散性粘土粘性土或分散性粘土破壞過程相對較破壞過程相對較長長導致結(jié)構(gòu)發(fā)生塌陷或潰口導致結(jié)構(gòu)發(fā)生塌陷或潰口第50頁/共58頁第五十頁，共58頁。 scrFiiiFs: 安全系數(shù)安全系數(shù)(nqun xsh)1.52.0 i : 允許允許(ynx)坡降坡降F i icr :土體發(fā)生流土破壞土體發(fā)生流土破壞n 工程設(shè)計：工程設(shè)計：流土可能性的判別流土可能性的判別n在自下而上的滲流逸出處，任何土，包括粘性土和無粘在自下而上的滲流逸出處，任何土，包括粘性土和無粘性土，只要滿足滲透坡降大于臨界水力坡降這一水力條性土，只要滿足滲透坡降大于臨界水力坡降這一水力條件，均要發(fā)生流土：件，均要發(fā)生流土：第51頁/共58頁第五十一頁，共58頁。n 土是否會發(fā)生管涌，取決于土的性質(zhì)：土是否會發(fā)生管涌，取決于土的性質(zhì)：n 粘性土（分散性土例外粘性土（分散性土例外(lwi)）屬于非管）屬于非管涌土涌土n 無粘性土中發(fā)生管涌必須具備相應(yīng)的幾無粘性土中發(fā)生管涌必須具備相應(yīng)的幾何條件和水力條件何條件和水力條件管涌管涌(un yn)