土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律

1、 粘土顆粒帶電特性粘土顆粒帶電特性粘性土的膠體化學(xué)性質(zhì)粘性土的膠體化學(xué)性質(zhì)土粒間的相互作用力和粘土粒間的相互作用力和粘土礦物的物化性質(zhì)土礦物的物化性質(zhì)土粒原子分子間的健力土粒原子分子間的健力礦物的結(jié)晶結(jié)構(gòu)礦物的結(jié)晶結(jié)構(gòu)復(fù)復(fù) 習(xí)習(xí)粘性土工程性質(zhì)粘性土工程性質(zhì)的利用和改良的利用和改良第一章第一章土的物理性質(zhì)和工程分類土的物理性質(zhì)和工程分類第二章第二章粘性土的物理化學(xué)性質(zhì)粘性土的物理化學(xué)性質(zhì)第三章第三章土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律第四章第四章土中應(yīng)力計(jì)算土中應(yīng)力計(jì)算第五章第五章土的壓縮性和地基沉降計(jì)算土的壓縮性和地基沉降計(jì)算第六章第六章土的抗剪強(qiáng)度土的抗剪強(qiáng)度第七章第七章土壓力計(jì)算土壓力計(jì)算第八

2、章第八章土坡穩(wěn)定分析土坡穩(wěn)定分析第九章第九章地基承載力地基承載力第十章第十章土的動(dòng)力性質(zhì)和壓實(shí)性土的動(dòng)力性質(zhì)和壓實(shí)性第十一章第十一章土工試驗(yàn)與原位測(cè)試結(jié)果土工試驗(yàn)與原位測(cè)試結(jié)果的分析與利用的分析與利用 第三章第三章 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律u1. 土的毛細(xì)性土的毛細(xì)性 土的毛細(xì)現(xiàn)象：土的毛細(xì)現(xiàn)象：是指土中水在表面張力作用下，沿著細(xì)是指土中水在表面張力作用下，沿著細(xì)的孔隙向上及向其它方向移動(dòng)的現(xiàn)象。的孔隙向上及向其它方向移動(dòng)的現(xiàn)象。指土能夠產(chǎn)生毛細(xì)現(xiàn)象的性質(zhì)。指土能夠產(chǎn)生毛細(xì)現(xiàn)象的性質(zhì)。土層中的毛細(xì)水帶土層中的毛細(xì)水帶土中毛細(xì)現(xiàn)象土中毛細(xì)現(xiàn)象rShccos2 上升高度上升高度:r2hcw

3、=2rScos毛細(xì)水毛細(xì)水分布在土粒內(nèi)部相互貫通分布在土粒內(nèi)部相互貫通的孔隙可以看成許多形狀的孔隙可以看成許多形狀不一、直徑互異、彼此連不一、直徑互異、彼此連通的毛細(xì)管通的毛細(xì)管粘土粘土粉土粉土砂土砂土礫石礫石分析對(duì)象分析對(duì)象: 水柱水柱 Hazen 經(jīng)驗(yàn)公式：經(jīng)驗(yàn)公式： 上升最大高度：上升最大高度：100edCh C,e, d10：分別為與土粒形狀及表面潔凈度有關(guān)的系：分別為與土粒形狀及表面潔凈度有關(guān)的系數(shù)（數(shù)（ C=11010-5-55 51010-5-5 ）、土的孔隙比、土的）、土的孔隙比、土的有效粒徑（有效粒徑（m)。r空氣空氣 水水 固體顆粒固體顆粒彎液面彎液面透水層透水層不透水層不

4、透水層土石壩壩基壩身滲流土石壩壩基壩身滲流防滲體防滲體壩體壩體浸潤(rùn)線浸潤(rùn)線滲流問(wèn)題：滲流問(wèn)題：1. 滲流量？滲流量？2. 滲透破壞？滲透破壞？3. 滲透力？滲透力？板樁圍護(hù)下的基坑滲流板樁圍護(hù)下的基坑滲流滲流問(wèn)題：滲流問(wèn)題：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？透水層透水層不透水層不透水層基坑基坑板樁墻板樁墻滲流問(wèn)題：滲流問(wèn)題： 滲流量滲流量Q？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水井滲流漏斗狀潛水面漏斗狀潛水面Q滲流問(wèn)題：滲流問(wèn)題：1. 滲流量？滲流量？2. 水位水位渠道、河流滲流渠道、河流滲流原地下水位原地下水位滲流時(shí)地下水位滲流時(shí)地下水

5、位降雨入滲引起的滑坡降雨入滲引起的滑坡滲流問(wèn)題：滲流問(wèn)題：1. 滲透力？滲透力？2. 入滲過(guò)程？入滲過(guò)程？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土坡穩(wěn)定分析土坡穩(wěn)定分析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)物引水結(jié)構(gòu)物 基坑等地下施工基坑等地下施工邊坡滲流邊坡滲流o 簡(jiǎn)化：簡(jiǎn)化： （1 1）不考慮滲流路徑的迂回曲）不考慮滲流路徑的迂回曲折，只分析其主要流向；折，只分析其主要流向； （2 2）不考慮土體中顆粒的影響，）不考慮土體中顆粒的影響，認(rèn)為孔隙和土粒所占的空間認(rèn)為孔隙和土粒所占的空間之總和均為滲流所充滿。之總和均為

6、滲流所充滿。水在土孔隙中的運(yùn)動(dòng)軌跡水在土孔隙中的運(yùn)動(dòng)軌跡理想化的滲流模型理想化的滲流模型o 要求：要求： （1 1）同一過(guò)水?dāng)嗝?，流量相等；）同一過(guò)水?dāng)嗝?，流量相等?（2 2）任一界面，壓力相等；）任一界面，壓力相等； （3 3）相同體積內(nèi)，阻力相等；）相同體積內(nèi)，阻力相等；A1vsAvnvA注意：注意：v：假想滲流速度，土體試樣全斷面假想滲流速度，土體試樣全斷面A A的平均滲流速度的平均滲流速度vs：實(shí)際平均滲流速度，孔隙斷面實(shí)際平均滲流速度，孔隙斷面A AV V的平均滲流速度的平均滲流速度A AvqvA vsAvzA00ABu0pawAu zBwBu 基準(zhǔn)面基準(zhǔn)面靜水靜水wumg 00基

7、準(zhǔn)面基準(zhǔn)面質(zhì)量質(zhì)量 m壓力壓力 u流速流速 vzwu 2mv212wmv21umgmgzE 2gvuzh2w ABLhAzAwAu 基準(zhǔn)面基準(zhǔn)面g2vuzh2w wuzh n 總水頭：總水頭：?jiǎn)挝恢亓克w所具有的能量單位重量水體所具有的能量 位置水頭位置水頭Z Z：水體的位置勢(shì)能（任選基準(zhǔn)面）：水體的位置勢(shì)能（任選基準(zhǔn)面） 壓力水頭壓力水頭u/ w：水體的壓力勢(shì)能（：水體的壓力勢(shì)能（u孔隙水壓力）孔隙水壓力） 流速水頭流速水頭V2/(2g)：水體的動(dòng)能（對(duì)滲流：水體的動(dòng)能（對(duì)滲流V很小，忽略，很小，忽略，V0）n 滲流的總水頭：滲流的總水頭：也稱也稱測(cè)管水頭測(cè)管水頭，是滲流的，是滲流的總驅(qū)動(dòng)能

8、，滲流總是從水總驅(qū)動(dòng)能，滲流總是從水頭高處流向水頭低處頭高處流向水頭低處wBBBuzhwAu wBu wAAAuzhBAhhhLhi LAh1h2透水石LhAqikAq ikAqvivovcrivoi0(1)mvkim)(1mkivmv=k (i - i0 )工程實(shí)例工程實(shí)例滲流問(wèn)題滲流問(wèn)題土的滲透性土的滲透性及滲透規(guī)律及滲透規(guī)律ZH3土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律常水頭試驗(yàn)法常水頭試驗(yàn)法變水頭試驗(yàn)法變水頭試驗(yàn)法井孔抽水試驗(yàn)井孔抽水試驗(yàn)井孔注水試驗(yàn)井孔注水試驗(yàn)HFtQlk 方法方法1 1常水頭試驗(yàn)法常水頭試驗(yàn)法試驗(yàn)裝置：試驗(yàn)裝置：如圖如圖量測(cè)變量量測(cè)變量: : t，Qi=H/LQ=qt=vF

9、tv=ki試驗(yàn)條件試驗(yàn)條件: H，F(xiàn)，L=常數(shù)常數(shù) dQadhhdQqdtkIFdtkFdtl 21lnhhFtalk 12lnhaLkFthQLkF ht2dhqAkirh kdr2drqkhdhr222211ln()rqk hhr212221ln(/ )rrqkhhhH1H2H3Hk1k2k3xzq1xq3xq2x1122不透水層不透水層 iixHkH1kkxn 已知條件已知條件: :LhiiiixxqqiHHn 達(dá)西定律達(dá)西定律: :n 等效條件等效條件: : iizkHHkH1H2H3Hhk1k2k3xzv承壓水承壓水kzqqiihhiHHiiiikHvh zkvHh iiiizkHv

10、hhkvHn 已知條件已知條件: :n 達(dá)西定律達(dá)西定律: :n 等效條件等效條件: :vvin 算例說(shuō)明算例說(shuō)明 daym100km01Hdaym1km01Hdaym010km01H332211/,./,./.,.按層厚加權(quán)平均，結(jié)果由較大值控制按層厚加權(quán)平均，結(jié)果由較大值控制層厚倒數(shù)加權(quán)平均，結(jié)果由較小值控制層厚倒數(shù)加權(quán)平均，結(jié)果由較小值控制daym6733HHkkiix/.daym030kHHkiiz/.H1H2H3Hk1k2k3xzkf()土粒性質(zhì)、水的性質(zhì) 粒徑大小及級(jí)配：粒徑大小及級(jí)配：是土中孔隙直徑大小的主要影響因素；因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

11、細(xì)顆粒充填，故土體孔隙的大小由粗顆粒形成的大孔隙可被細(xì)顆粒充填，故土體孔隙的大小一般由細(xì)顆粒所控制。一般由細(xì)顆粒所控制。1.土的性質(zhì)的影響土的性質(zhì)的影響孔隙比：孔隙比：是單位土體中孔隙體積的直接度量；對(duì)于砂性土是單位土體中孔隙體積的直接度量；對(duì)于砂性土，滲透系數(shù)，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(duì)粘性土，影響顆粒的表面力；不同粘土礦物之對(duì)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?yàn)楦邘X石間滲透系數(shù)相差極大，其滲透性大小的次序?yàn)楦邘X石伊利伊利石石蒙脫石；塑性指數(shù)蒙脫石；塑性指數(shù)Ip綜合反映土的顆粒大小和礦物成份綜

12、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)。，常是滲透系數(shù)的參數(shù)。結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：影響孔隙的構(gòu)成和方向性，對(duì)粘性土影響更大；在宏影響孔隙的構(gòu)成和方向性，對(duì)粘性土影響更大；在宏觀構(gòu)造上，天然沉積層狀粘性土層，常使得觀構(gòu)造上，天然沉積層狀粘性土層，常使得 k水平水平 k垂直垂直；在；在微觀結(jié)構(gòu)上，當(dāng)孔隙比相同時(shí)，凝聚結(jié)構(gòu)將比分散結(jié)構(gòu)具有微觀結(jié)構(gòu)上，當(dāng)孔隙比相同時(shí)，凝聚結(jié)構(gòu)將比分散結(jié)構(gòu)具有更大的透水性。更大的透水性。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

13、影響飽和度的影響水粘滯性的影響水粘滯性的影響溫度高溫度高粘滯性低粘滯性低滲透系數(shù)大滲透系數(shù)大封閉氣泡對(duì)封閉氣泡對(duì)k影響很大，影響很大，可減少有效滲透面積，可減少有效滲透面積，還可以堵塞孔隙的通還可以堵塞孔隙的通道道2.水的性質(zhì)的影響水的性質(zhì)的影響ITGwD基本類型基本類型 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 crII11scrGIewsatwDIG crIIIKF 滲透力能夠滲透力能夠帶動(dòng)細(xì)顆粒在孔帶動(dòng)細(xì)顆粒在孔隙間滾動(dòng)或移動(dòng)。隙間滾動(dòng)或移動(dòng)?？捎霉苡颗R界水可用管涌臨界水力坡降力坡降表示

14、表示 criiiK 第一節(jié)第一節(jié) 土的毛細(xì)性土的毛細(xì)性 第二節(jié)第二節(jié) 土的滲透性土的滲透性 第三節(jié)流網(wǎng)及其應(yīng)用第三節(jié)流網(wǎng)及其應(yīng)用第四節(jié)第四節(jié) 土在凍結(jié)過(guò)程中土在凍結(jié)過(guò)程中 水分的遷移和積聚水分的遷移和積聚ZH3土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 平面滲流的平面滲流的基本方程及基本方程及求解求解 流網(wǎng)的繪制流網(wǎng)的繪制及應(yīng)用及應(yīng)用n凍土現(xiàn)象及工程危害凍土現(xiàn)象及工程危害n 凍脹的機(jī)理與影響因素凍脹的機(jī)理與影響因素n凍結(jié)深度凍結(jié)深度冷能冷能冷能地下水毛細(xì)水地下水冷能u 1.凍土現(xiàn)象凍土現(xiàn)象 凍土分為：季節(jié)性凍土、隔年凍土和多年凍土。凍土分為：季節(jié)性凍土、隔年凍土和多年凍土。 凍土現(xiàn)象：與凍土的凍結(jié)與融化

15、過(guò)程中有關(guān)的土體的物凍土現(xiàn)象：與凍土的凍結(jié)與融化過(guò)程中有關(guān)的土體的物理化學(xué)性質(zhì)或工程力學(xué)性質(zhì)變化的現(xiàn)象稱為凍土現(xiàn)象。理化學(xué)性質(zhì)或工程力學(xué)性質(zhì)變化的現(xiàn)象稱為凍土現(xiàn)象。 凍脹現(xiàn)象：某些土體在凍結(jié)時(shí)體積膨脹。凍脹現(xiàn)象：某些土體在凍結(jié)時(shí)體積膨脹。u 2. 工程危害工程危害 （1）凍脹作用）凍脹作用 如道路、隧道如道路、隧道 （2）凍融）凍融 道路翻漿、基礎(chǔ)沉降、結(jié)構(gòu)損傷道路翻漿、基礎(chǔ)沉降、結(jié)構(gòu)損傷u 1.凍脹的原因凍脹的原因 水的相變而體積增大水的相變而體積增大和和水分向凍結(jié)土體表層水分向凍結(jié)土體表層凍結(jié)臨界帶遷移而持續(xù)發(fā)生的凍脹作用凍結(jié)臨界帶遷移而持續(xù)發(fā)生的凍脹作用。u 2.影響凍脹的因素影響凍脹的因素 土土 土體的結(jié)構(gòu)與物質(zhì)組成土體的結(jié)構(gòu)與物質(zhì)組成 水水 地下水位與凍結(jié)深度的相對(duì)位置及補(bǔ)給情況地下水位與凍結(jié)深度的相對(duì)位置及補(bǔ)給情況 溫度溫度 溫度及降溫梯度溫度及降溫梯度n 1.地區(qū)地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)深度標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)深度及其確定方法及其確定方法 n 2.規(guī)范法規(guī)范法 n 3.氣象資料法（連續(xù)氣象資料法（連續(xù)