第三章土的滲透性和滲流問題

1、土的滲透性和滲流問題土的滲透性和滲流問題 第三章第三章 本章提要本章提要 本章特點(diǎn)本章特點(diǎn) 學(xué)習(xí)要點(diǎn)學(xué)習(xí)要點(diǎn)第三章：土的滲透性和滲流問題第三章：土的滲透性和滲流問題土的滲透性和滲透規(guī)律土的滲透性和滲透規(guī)律平面滲流及流網(wǎng)平面滲流及流網(wǎng)滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形 有嚴(yán)格的理論（水流的一般規(guī)律）有嚴(yán)格的理論（水流的一般規(guī)律）有經(jīng)驗(yàn)性規(guī)律（散粒多孔介質(zhì)特性）有經(jīng)驗(yàn)性規(guī)律（散粒多孔介質(zhì)特性）注意對物理概念和意義的把握注意對物理概念和意義的把握注意把握土是散粒多孔介質(zhì)這一特點(diǎn)注意把握土是散粒多孔介質(zhì)這一特點(diǎn) 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 第三章第三章 土的滲透性和滲流問題

2、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 滲透破壞與控制滲透破壞與控制 3.1 3.1 概述概述 3 3土的滲透性土的滲透性和滲流問題和滲流問題 碎散性碎散性多孔介質(zhì)多孔介質(zhì)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水、氣等液體透過的性質(zhì)土具有被水、氣等液體透過的性質(zhì)滲透特性滲透特性強(qiáng)度特性強(qiáng)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3.13.1概述概述能量差能量差3 3土的滲透性土的滲透性和滲流問題和滲流問題 3.13.1概述

3、概述滲流量滲流量滲透變形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土石壩壩基壩身滲流3 3土的滲透性土的滲透性和滲流問題和滲流問題 3.13.1概述概述滲水壓力滲水壓力滲流量滲流量滲透變形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(hù)下的基坑滲流板樁圍護(hù)下的基坑滲流3 3土的滲透性土的滲透性和滲流問題和滲流問題 3.13.1概述概述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Q3 3土的滲透性土的滲透性和滲流問題和滲流問題 3.13.1概述概述滲流量滲流量原地下水位原地下水

4、位滲流時滲流時地下水位地下水位渠道滲流渠道滲流3 3土的滲透性土的滲透性和滲流問題和滲流問題 3.13.1概述概述滲流滑坡滲流滑坡3 3土的滲透性土的滲透性和滲流問題和滲流問題 3.13.1概述概述滲流滲流量量滲透變滲透變形形滲水壓滲水壓力力滲流滑滲流滑坡坡土的滲透性及滲透規(guī)律土的滲透性及滲透規(guī)律三維滲流及流網(wǎng)三維滲流及流網(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 3 3土的滲透性土的滲透性和滲流問題和滲流問題 一

5、滲流中的水頭與水力坡降一滲流中的水頭與水力坡降三滲透試驗(yàn)與達(dá)西定律三滲透試驗(yàn)與達(dá)西定律三滲透系數(shù)的測定及影響因素三滲透系數(shù)的測定及影響因素能量方程能量方程滲流速度的規(guī)律滲流速度的規(guī)律滲透特性滲透特性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)地基的滲透系數(shù)地基的滲透系數(shù)3.2 3.2 土的滲流性與滲透規(guī)律土的滲流性與滲透規(guī)律F水頭與水力坡降水頭與水力坡降F土的滲透試驗(yàn)與土的滲透試驗(yàn)與達(dá)西定律達(dá)西定律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)土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律滲流的驅(qū)動能量滲流的驅(qū)動能量反映滲流特點(diǎn)的定律反映滲流特點(diǎn)

6、的定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)2.2 2.2 土的滲流性與滲透規(guī)律土的滲流性與滲透規(guī)律水流動的驅(qū)動力水流動的驅(qū)動力水往低處流水往低處流水往高處水往高處“跑跑”速度速度v壓力壓力u位置：位置：使水流從位置勢能使水流從位置勢能高處流向位置勢能低處高處流向位置勢能低處流速：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n 位置勢能：位置勢能：mgzwpmgn 壓力勢能：壓力勢能：n 動能：動能：2mv212wp1Emgzmgmv2n 總能量：總能量：2wpvhz2g稱為總水頭，是水流動稱為總水頭，是水流動的驅(qū)

7、動力的驅(qū)動力n 單位重量水流的能量：單位重量水流的能量：3.2 3.2 土的滲流性與滲透規(guī)律土的滲流性與滲透規(guī)律水流動的驅(qū)動力水流動的驅(qū)動力 - 水頭水頭00基準(zhǔn)面基準(zhǔn)面質(zhì)點(diǎn)質(zhì)點(diǎn) A質(zhì)量質(zhì)量 m壓力壓力 p流速流速zwpn 位置水頭：位置水頭：到基準(zhǔn)面的豎直距離，到基準(zhǔn)面的豎直距離，代表單位重量的液體從基準(zhǔn)面算起代表單位重量的液體從基準(zhǔn)面算起所具有的位置勢能所具有的位置勢能n 壓力水頭：壓力水頭：水壓力所能引起的自由水壓力所能引起的自由水面的升高，表示單位重量液體所水面的升高，表示單位重量液體所具有的壓力勢能具有的壓力勢能n 測管水頭：測管水頭：測管水面到基準(zhǔn)面的垂測管水面到基準(zhǔn)面的垂直距離，

8、等于位置水頭和壓力水頭直距離，等于位置水頭和壓力水頭之和，表示單位重量液體的總勢能之和，表示單位重量液體的總勢能n 在靜止液體中各點(diǎn)的測管水頭相等在靜止液體中各點(diǎn)的測管水頭相等2.2 2.2 土的滲流性與滲透規(guī)律土的滲流性與滲透規(guī)律位置、壓力和測管水頭位置、壓力和測管水頭zA00ABp0paAwpzBBwp基準(zhǔn)面基準(zhǔn)面靜水靜水3 3土的滲透性土的滲透性和滲流問題和滲流問題 一滲流中的水頭與水力坡降一滲流中的水頭與水力坡降A(chǔ)BL3.2 3.2 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律 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，應(yīng)滿滲流為水體的流動，應(yīng)滿足液體流動的三大基本

9、方足液體流動的三大基本方程：連續(xù)性方程、能量方程：連續(xù)性方程、能量方程、動量方程程、動量方程ABL3 3土的滲透性土的滲透性和滲流問題和滲流問題 一滲流中的水頭與水力坡降一滲流中的水頭與水力坡降hAhBzApAwBwpzBh h00基準(zhǔn)面基準(zhǔn)面水力坡降線水力坡降線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 22wpvhzg1pAAwhz2BBwphzhhh21 pwhzLhi 總水頭總水頭單位質(zhì)量水體所具有的能量單位質(zhì)量水體所具有的能量z：位置水頭：位置水頭p/p/w w：壓力水頭：壓力水頭V2/(2g)：流速水頭流速水頭00A A點(diǎn)總水頭：點(diǎn)總水頭：B B點(diǎn)總水頭：點(diǎn)總水頭：總

10、水頭：總水頭：水力坡降：水力坡降：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 三三. . 滲透試驗(yàn)與滲透試驗(yàn)與達(dá)西定律達(dá)西定律試驗(yàn)前提：試驗(yàn)前提：層流層流h，q A，q L， qqhAL斷面平均流速斷面平均流速水力坡降水力坡降qvALhi iv 1.1.滲透試驗(yàn)滲透試驗(yàn)3 3土的滲透性土的滲透性和滲流問題和滲流問題 試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)裝置：試驗(yàn)裝置：如圖如圖試驗(yàn)條件試驗(yàn)條件: : h1，A，L=const量測變量量測變量: : h2，Q，th=h1-h2q=Q/tLAh1h2QQ透水石基準(zhǔn)面h3.3. 達(dá)西定律達(dá)西定律ikv nvvvs 滲透定律3.2 3.2 土的滲透性與滲透

11、規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律 3 3土的滲透性土的滲透性和滲流問題和滲流問題 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 v與水力坡降與水力坡降i 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)。三三. . 滲透試驗(yàn)與滲透試驗(yàn)與達(dá)西定律達(dá)西定律iv 注意：注意：AAvAAnv V V：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，土體試樣全斷面的平均滲流速度V Vs s：實(shí)際平均滲流速度，孔隙斷面的平均滲流速度：實(shí)際平均滲流速度，孔隙斷面的平均滲流速度A AvqVA VsAvk: k: 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

12、系數(shù)，稱為滲透系數(shù)物理意義：水力坡降物理意義：水力坡降i 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/daymm/s, cm/s, m/s, m/day3. 3. 達(dá)西定律達(dá)西定律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 3 3土的滲透性土的滲透性和滲流問題和滲流問題 三三. . 滲透試驗(yàn)與滲透試驗(yàn)與達(dá)西定律達(dá)西定律粗粒土：粗粒土：礫石類土中的滲流不符合達(dá)西定律礫石類土中的滲流不符合達(dá)西定律砂土中滲透速度砂土中滲透速度 vcr= =0.3-0.5cm/s 適用條件適用條件v0vcrv0層流（線性流）層流（線性流）大部分砂土，粉土；疏松的粘土

13、及砂性較大部分砂土，粉土；疏松的粘土及砂性較重的粘性土重的粘性土 兩種特例兩種特例粘性土：粘性土：致密的粘土致密的粘土 ii0, v=k(i - i0 ) 1(mkim)(0iikcrii0i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(nèi)試驗(yàn)測定方法室內(nèi)試驗(yàn)測定方法野外試驗(yàn)測定方法野外試驗(yàn)測定方法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 3 3土的滲透性土的滲透性和滲流問題和滲流問題 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)1. 1. 測定方法測定方法3.2 3.2 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透

14、規(guī)律 3 3土的滲透性土的滲透性和滲流問題和滲流問題 室內(nèi)試驗(yàn)方法室內(nèi)試驗(yàn)方法1 1常水頭試驗(yàn)法常水頭試驗(yàn)法三三. . 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 1. 1. 測定方法測定方法結(jié)果整理結(jié)果整理試驗(yàn)裝置：試驗(yàn)裝置：如圖如圖試驗(yàn)條件試驗(yàn)條件: : h，A，L=const量測變量量測變量: : 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AQ3.2 3.2 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律 3 3土的滲透性土的滲透性和滲流問題和滲流問題 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

15、因素 1. 1. 測定方法測定方法 室內(nèi)試驗(yàn)方法室內(nèi)試驗(yàn)方法2 2變水頭試驗(yàn)法變水頭試驗(yàn)法試驗(yàn)裝置：試驗(yàn)裝置：如圖如圖試驗(yàn)條件試驗(yàn)條件: : h變化變化，A，L=const量測變量量測變量: : h ，t透水性較小的粘性土透水性較小的粘性土常水頭法僅適用于：常水頭法僅適用于：透水性較大的砂性土透水性較大的砂性土土樣土樣At=t1h1t=t2h2LQ細(xì)玻細(xì)玻璃管璃管開關(guān)開關(guān)adhhtt+ t3.2 3.2 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律 3 3土的滲透性土的滲透性和滲流問題和滲流問題 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 1. 1. 測定方法測定方法 室內(nèi)試驗(yàn)方

16、法室內(nèi)試驗(yàn)方法2 2變水頭試驗(yàn)法變水頭試驗(yàn)法結(jié)果整理結(jié)果整理:理論依據(jù)理論依據(jù): :t時刻：時刻： htdhdVe= - 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 21hht0hdhkAaLdt21hhlnkAaLt 21hhlnAtaLk 選擇幾組選擇幾組h1, h2, t ，計算相應(yīng)的，計算相應(yīng)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(guān)開關(guān)a3.2 3.2 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律 3 3土的滲透性土的滲透性和滲

17、流問題和滲流問題 常水頭試驗(yàn)常水頭試驗(yàn)變水頭試驗(yàn)變水頭試驗(yàn)條件條件已知已知測定測定算定算定取值取值h=consth變化變化h，A，LV，t重復(fù)試驗(yàn)后，取均值重復(fù)試驗(yàn)后，取均值a，A，Lh，t21hhlnAtaLk htAVLk 室內(nèi)試驗(yàn)方法室內(nèi)試驗(yàn)方法1. 1. 測定方法測定方法三三. . 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 不同時段試驗(yàn)，取均值不同時段試驗(yàn)，取均值適用適用粗粒土粗粒土粘性土粘性土 野外測定方法野外測定方法抽水試驗(yàn)和注水試驗(yàn)法抽水試驗(yàn)和注水試驗(yàn)法優(yōu)點(diǎn)：可獲得現(xiàn)場較為可優(yōu)點(diǎn)：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)3.2 3.2 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透

18、性與滲透規(guī)律 3 3土的滲透性土的滲透性和滲流問題和滲流問題 1. 1. 測定方法測定方法三三. . 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 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(diǎn)：費(fèi)用較高，耗時較長缺點(diǎn)：費(fèi)用較高，耗時較長實(shí)驗(yàn)方法：實(shí)驗(yàn)方法：理論依據(jù)：理論依據(jù)：n 是土中孔隙直徑大小的主要影是土中孔隙直徑大小的主要影響因素響因素n 因由粗顆粒形成的大孔隙可被因由粗顆

19、粒形成的大孔隙可被細(xì)顆粒充填，故土體孔隙的大細(xì)顆粒充填，故土體孔隙的大小一般由細(xì)顆粒所控制。因此，小一般由細(xì)顆粒所控制。因此，土的滲透系數(shù)常用有效粒徑土的滲透系數(shù)常用有效粒徑d10來表示，如哈臣公式：來表示，如哈臣公式：210dck2.2 2.2 土的滲流性與滲透規(guī)律土的滲流性與滲透規(guī)律 土的性質(zhì)土的性質(zhì) 水的性質(zhì)水的性質(zhì) 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(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)滲透系數(shù)的影響因素 n 是單位土體中孔隙體積的直接是單位土體中孔隙體積的直接度量度量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(f

20、k)e1e(fk)e(fk3222.2 2.2 土的滲流性與滲透規(guī)律土的滲流性與滲透規(guī)律滲透系數(shù)的影響因素 土的性質(zhì)土的性質(zhì) 水的性質(zhì)水的性質(zhì) 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(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)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 不同粘土礦物之間滲透系數(shù)相差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)楦邩O大，其滲透性大小的次序?yàn)楦邘X石嶺石伊里石伊里石蒙脫石蒙脫石 ；當(dāng)粘土；當(dāng)粘土中含有可交換的鈉離子越多時，中含有可交換的鈉離子越多時，其滲透性將越低其滲透性將越低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成份，常是滲

21、透系數(shù)的小和礦物成份，常是滲透系數(shù)的參數(shù)參數(shù)2.2 2.2 土的滲流性與滲透規(guī)律土的滲流性與滲透規(guī)律滲透系數(shù)的影響因素 土的性質(zhì)土的性質(zhì) 水的性質(zhì)水的性質(zhì) 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(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)n 影響孔隙系統(tǒng)的構(gòu)成和方向性，影響孔隙系統(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)造上，天然沉積層狀在宏觀構(gòu)造上，天然沉積層狀粘性土層，扁平狀粘土顆粒常粘性土層，扁平狀粘土顆粒常呈水平排列，常使得呈水平排列，常使得k水平水平k k垂直垂直n 在微觀結(jié)構(gòu)上，當(dāng)孔隙比相同在微觀結(jié)構(gòu)上，當(dāng)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

22、的透水性有更大的透水性2.2 2.2 土的滲流性與滲透規(guī)律土的滲流性與滲透規(guī)律滲透系數(shù)的影響因素 土的性質(zhì)土的性質(zhì) 水的性質(zhì)水的性質(zhì) 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(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)飽和曲線飽和曲線含水量含水量 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)2.2 2.2 土的滲流性與滲透規(guī)律土的滲流性與滲透規(guī)律滲透系數(shù)的影響因素 土的性質(zhì)土的性質(zhì) 水的性質(zhì)水的性質(zhì) 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(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)2.2 2.2 土的滲流性與滲透規(guī)律土的滲流性與滲透規(guī)律滲透系數(shù)的影響因素 n

23、 水的動力粘滯系數(shù)：水的動力粘滯系數(shù)： 溫度溫度 ，水粘滯性，水粘滯性 ，k n 飽和度（含氣量）：封閉氣飽和度（含氣量）：封閉氣泡對泡對k影響很大，可減少有效影響很大，可減少有效滲透面積，還可以堵塞孔隙滲透面積，還可以堵塞孔隙的通道的通道 土的性質(zhì)土的性質(zhì) 水的性質(zhì)水的性質(zhì) 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(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)2.2 2.2 土的滲流性與滲透規(guī)律土的滲流性與滲透規(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)等效滲透系數(shù)等效滲透系數(shù) 確立各層土的確立各層土的ki 根據(jù)滲流方向確定等效滲流系數(shù)根據(jù)滲流方向確定等效滲流系數(shù)天然土層多呈層狀天然土層多呈層狀多個土層

24、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hH1H2H3Hk1k2k3xzq1xq3xq2x1122不透水層不透水層2.2 2.2 土的滲流性與滲透規(guī)律土的滲流性與滲透規(guī)律等效滲透系數(shù)等效滲透系數(shù): : iixHkH1kn 已知條件已知條件: :LhiiiixxqqiHHqx=vxH=kx i Hqix=ki ii Hin 達(dá)西定律達(dá)西定律: :n 等效條件等效條件: :層狀地基的水平等效滲透系數(shù)層狀地基的水平等效滲透系數(shù)層狀地基的垂直等效滲透系數(shù)層狀地基的垂直等效滲透系數(shù)2.2 2.2 土的滲流性與滲透規(guī)律土的滲流性與滲透規(guī)律 iizkHHk

25、H1H2H3Hhk1k2k3xz承壓水承壓水vviihhiHHvi = ki (hi / Hi )iiiikHvh zkvHh iiiizkHvhhkvHn 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: :v = kz (h / H )等效滲透系數(shù)等效滲透系數(shù): :n 算例說明算例說明 daym100km01Hdaym1km01Hdaym010km01H332211/,./,./.,.按層厚加權(quán)平均，由較大值控制按層厚加權(quán)平均，由較大值控制層厚倒數(shù)加權(quán)平均，由較小值控制層厚倒數(shù)加權(quán)平均，由較小值控制daym6733HHkkiix/.daym030kHHkiiz/.層狀

26、地基的等效滲透系數(shù)層狀地基的等效滲透系數(shù)2.2 2.2 土的滲流性與滲透規(guī)律土的滲流性與滲透規(guī)律H1H2H3Hk1k2k3xz水平滲流情形水平滲流情形垂直滲流情形垂直滲流情形條件條件已知已知等效等效推定推定Lhii;HH;qqiii .k.;H,H121iHkqx iixHkH1k ii2121HH;hh;v.vv;q.qq.k,k.;H,H2121Hhkikvzz iizkHHk3.2 3.2 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律 3 3土的滲透性土的滲透性和滲流問題和滲流問題 四四. .層狀地基的層狀地基的等效滲透系數(shù)等效滲透系數(shù)對于成層土，如果各土層的厚度大致相近，而滲透性相差懸殊時

27、與層向平行的平均滲透系數(shù)將取決于最透水土層的厚度和滲透性與層向垂直的平均滲透系數(shù)將取決于最不透水土層的厚度和滲透性2.2 2.2 土的滲流性與滲透規(guī)律土的滲流性與滲透規(guī)律小小 結(jié)結(jié)n 水頭與水力坡降水頭與水力坡降n 滲透試驗(yàn)與達(dá)西滲透試驗(yàn)與達(dá)西定律定律n 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n 層狀地基的等效層狀地基的等效滲透系數(shù)滲透系數(shù) 總水頭總水頭=位置水頭位置水頭+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(dá)西定律達(dá)西定律 滲透系數(shù)、滲透速度滲透系數(shù)、滲透速度 達(dá)西定律的適用條件達(dá)西定律的適用條件 常水頭試驗(yàn)常水頭試驗(yàn) 變水頭試驗(yàn)變水頭試驗(yàn) 抽水試驗(yàn)抽水試驗(yàn) 滲

28、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)3.2 平面滲流與流網(wǎng)平面滲流與流網(wǎng) Laplace方程方程zxzvxvdxxvvxx dzzvvzz 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 連續(xù)性條件連續(xù)性條件zxkk 假定：假定： 3 3土的滲透性土的滲透性和滲流問題和滲流問題 hh h恒定恒定穩(wěn)定滲流穩(wěn)定滲流h=h(x,z), v=v(x,z)與時間無關(guān)與時間無關(guān)達(dá)西定律達(dá)西定律平面滲流的基本方程平面滲流的基本方程 1. 基本方程基本方程n 平面問題：平面問題：滲流剖面和產(chǎn)生滲流的條件沿某一個方向不發(fā)生變滲流剖面和產(chǎn)

29、生滲流的條件沿某一個方向不發(fā)生變化，則在垂直該方向的各個平面內(nèi)，滲流狀況完全一致。化，則在垂直該方向的各個平面內(nèi)，滲流狀況完全一致。對平面問題，常取對平面問題，常取dy=1m單位寬度的一片來進(jìn)行分析單位寬度的一片來進(jìn)行分析一一. . 平面滲流的基本方程及求解平面滲流的基本方程及求解 3.2 平面滲流與流網(wǎng)平面滲流與流網(wǎng) 3 3土的滲透性土的滲透性和滲流問題和滲流問題 zxzvxvdxxvvxx dzzvvzz 與與kx, kz無關(guān)無關(guān)滿足它的是兩個共軛調(diào)合函數(shù)滿足它的是兩個共軛調(diào)合函數(shù) 勢函數(shù)和流函數(shù)勢函數(shù)和流函數(shù) 0zvxvzx zhkv;xhkvzzxx 連續(xù)性條件連續(xù)性條件 達(dá)西定律達(dá)西

30、定律zxkk 假定假定 dxvdzvdqzxe dx)dzzvv(dz)dxxvv(dqzzxxo oedqdq 0zhxh2222 0zhkxhk22z22x Laplace方程方程n 特點(diǎn)特點(diǎn)描述滲流場內(nèi)部的測管水頭的分布，描述滲流場內(nèi)部的測管水頭的分布，是平面穩(wěn)定滲流的基本方程式是平面穩(wěn)定滲流的基本方程式1. 基本方程基本方程 單位時間流入單元的水量單位時間流入單元的水量: : 單位時間內(nèi)流出單元的水量單位時間內(nèi)流出單元的水量: : 連續(xù)性條件連續(xù)性條件: :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 3. 求解方法求解方法 確定滲流場內(nèi)各點(diǎn)的確定滲流場內(nèi)各點(diǎn)的測管水頭

31、測管水頭h的分布的分布3.2 平面滲流與流網(wǎng)平面滲流與流網(wǎng) 3 3土的滲透性土的滲透性和滲流問題和滲流問題 基本方程基本方程邊界條件邊界條件定解條件定解條件2.3 2.3 平面滲流與流網(wǎng)平面滲流與流網(wǎng)F數(shù)學(xué)解析法或近似解析法：數(shù)學(xué)解析法或近似解析法：求取滲流運(yùn)動方程求取滲流運(yùn)動方程在特定邊界條件下的理論解，或者在一些假定在特定邊界條件下的理論解，或者在一些假定條件下，求其近似解條件下，求其近似解F數(shù)值解法：數(shù)值解法：有限元、有限差分、邊界元法等，有限元、有限差分、邊界元法等，近年來得到迅速地發(fā)展近年來得到迅速地發(fā)展F電比擬試驗(yàn)法：電比擬試驗(yàn)法：利用電場來模擬滲流場，簡便、利用電場來模擬滲流場，

32、簡便、直觀，可以用于三維問題和三維問題直觀，可以用于三維問題和三維問題F流網(wǎng)法：流網(wǎng)法：簡便快捷，具有足夠的精度，可分析簡便快捷，具有足夠的精度，可分析較復(fù)雜斷面的滲流問題較復(fù)雜斷面的滲流問題滲流分析的方法滲流分析的方法三三. .流網(wǎng)的繪制及應(yīng)用流網(wǎng)的繪制及應(yīng)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(luò)狀曲線簇。網(wǎng)絡(luò)狀曲線簇。 流流 線線水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的軌跡線。水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的軌跡線。 等勢線等勢線測管水頭相同的點(diǎn)之連線測管水頭相同的點(diǎn)之連線 。 流網(wǎng)法流網(wǎng)法通過繪制流線與勢線的網(wǎng)絡(luò)狀曲線簇來求解滲流問題。通過繪制流線與勢線的網(wǎng)絡(luò)狀曲線

33、簇來求解滲流問題。3.2 平面滲流與流網(wǎng)平面滲流與流網(wǎng) 3 3土的滲透性土的滲透性和滲流問題和滲流問題 Hh0流網(wǎng)及其特性流網(wǎng)及其特性F流線和等勢線正交流線和等勢線正交F流網(wǎng)中應(yīng)使相鄰流線間的流流網(wǎng)中應(yīng)使相鄰流線間的流函數(shù)差和相鄰等勢線間的勢函數(shù)差和相鄰等勢線間的勢函數(shù)（水頭）差不變函數(shù)（水頭）差不變F流網(wǎng)中每一網(wǎng)格的邊長比為流網(wǎng)中每一網(wǎng)格的邊長比為常數(shù)，通常取為常數(shù)，通常取為1 1n 在流場中，流線和等勢線（等在流場中，流線和等勢線（等水頭線）組成的網(wǎng)格稱為流網(wǎng)水頭線）組成的網(wǎng)格稱為流網(wǎng)+d +dvslslsvlvzdvdxvzdvdxvddxzzx 2.3 2.3 平面滲流與流網(wǎng)平面滲流與

34、流網(wǎng)流網(wǎng)的畫法流網(wǎng)的畫法1 1）確定邊界條件：邊界流）確定邊界條件：邊界流線和首尾等勢線線和首尾等勢線2 2）研究水流的方向：流線）研究水流的方向：流線的走向的走向3 3）判斷網(wǎng)格的疏密大致分）判斷網(wǎng)格的疏密大致分布布4 4）初步繪制流網(wǎng)的雛形：）初步繪制流網(wǎng)的雛形：正交性、曲邊正方形正交性、曲邊正方形5 5）反復(fù)修改和檢查）反復(fù)修改和檢查 H=H1-H20H1H2不透水層不透水層2.3 2.3 平面滲流與流網(wǎng)平面滲流與流網(wǎng)要點(diǎn)：邊界條件、正交性、曲邊正方形、多練習(xí)要點(diǎn)：邊界條件、正交性、曲邊正方形、多練習(xí)lsabc defghABCDlsHh h00ls三三. .流網(wǎng)的繪制及應(yīng)用流網(wǎng)的繪制及

35、應(yīng)用 3.2 平面滲流與流網(wǎng)平面滲流與流網(wǎng) 3 3土的滲透性土的滲透性和滲流問題和滲流問題 繪制方法繪制方法一個高精度的流網(wǎng)圖，需經(jīng)過一個高精度的流網(wǎng)圖，需經(jīng)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(fù)修改，調(diào)整反復(fù)修改，調(diào)整精度較高的流網(wǎng)圖精度較高的流網(wǎng)圖 流網(wǎng)特點(diǎn)流網(wǎng)特點(diǎn)與上下游水位變化無關(guān)與上下游水位變化無關(guān) h=consth=const；與與k k無關(guān)；無關(guān)；等勢線上各點(diǎn)測管水頭等勢線上各點(diǎn)測管水頭h h相等。相等。三

36、三. .流網(wǎng)的繪制及應(yīng)用流網(wǎng)的繪制及應(yīng)用 3.2 平面滲流與流網(wǎng)平面滲流與流網(wǎng) 3 3土的滲透性土的滲透性和滲流問題和滲流問題 Hh0lsls H=H1-H20H1H2不透水層不透水層f流網(wǎng)的應(yīng)用流網(wǎng)的應(yīng)用2.3 2.3 平面滲流與流網(wǎng)平面滲流與流網(wǎng)n 測管水頭測管水頭 hlhi/wzhh ）（ikvhkslhkqiin 確定孔壓確定孔壓n 確定流速確定流速n 確定流量確定流量n 水力坡降水力坡降hhhH1-hH1H1-2hqqqqhkMqMq流道數(shù)流道數(shù)2.孔隙水壓力孔隙水壓力 滲流場中各點(diǎn)的孔隙水壓力，等于該點(diǎn)測壓管中的水柱高度hua乘以水的容重w。故a點(diǎn)的孔隙水壓力為 uahua w。應(yīng)

37、當(dāng)注意，圖中所示a、b兩點(diǎn)位于同一根等勢線上，其測管水頭雖然相同，即huahub，但其孔隙水壓力卻不同 ua ub 。 3.水力坡降水力坡降 流網(wǎng)中任意網(wǎng)格的平均水力坡降i h/ l, l為該網(wǎng)格處流線的平均 長度。由此可知，流網(wǎng)中網(wǎng)格越密處，其水力坡降越大。故圖中，下游壩趾水流滲出地面處(圖中CD段)的水力坡降最大。該處的坡降稱為逸出坡降，常是地基滲透穩(wěn)定的控制坡降。 4.滲透流速滲透流速 各點(diǎn)的水力坡降已知后，滲透流速的大小可根據(jù)達(dá)西定律求出， 即vki，其方向?yàn)榱骶€的切線方向。5.滲透流量滲透流量 流網(wǎng)中任意兩相鄰流線間的單寬流量單寬流量 q是相等的，因?yàn)椋?當(dāng)取 s l時， q k h

38、 通過壩底的總單寬流量 q M q Mk h (M流網(wǎng)中的流槽數(shù)） 通過壩底的總滲流量 Q qL ( L為壩基長度)slhkskivAq1典型流網(wǎng)分析接近壩底，流線密集，水力梯度大，滲透速度大遠(yuǎn)離壩底，流線稀疏，水力梯度小，滲透速度小小小 結(jié)結(jié)n 平面滲流的基平面滲流的基本方程及求解本方程及求解n 流網(wǎng)的繪制及流網(wǎng)的繪制及應(yīng)用應(yīng)用 連續(xù)性方程連續(xù)性方程 運(yùn)動方程運(yùn)動方程 邊界條件邊界條件 求解方法求解方法 勢函數(shù)勢函數(shù) 流函數(shù)流函數(shù) 流網(wǎng)及特性流網(wǎng)及特性 流網(wǎng)的畫法流網(wǎng)的畫法 流網(wǎng)的應(yīng)用流網(wǎng)的應(yīng)用2.3 2.3 平面滲流與流網(wǎng)平面滲流與流網(wǎng)3.1 3.1 概述概述 3.2 3.2 土的滲透性與

39、滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律 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 第三章：土的滲透性和滲流問題第三章：土的滲透性和滲流問題 滲透力滲透力 臨界水力坡降臨界水力坡降 滲透變形（滲滲透變形（滲透破壞）透破壞）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- -試驗(yàn)觀察試驗(yàn)觀察n hh=0 =0 靜水中，土骨靜水中，土骨架會受到浮力作用。架會受到浮力作用。n hh0 0 水在流動時，水在流動時，水流受到來自土骨架的水流受到來自土骨架的阻力，同時流動的孔隙阻力，同時流動的孔隙水對土骨架產(chǎn)生一個摩水對土骨架產(chǎn)生一個摩擦、拖曳力。

40、擦、拖曳力。h1hh200hwL土樣土樣濾網(wǎng)濾網(wǎng)貯水器貯水器a b滲流力滲流力j：滲透作用中，孔隙水對土骨架：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的作用力，方向與滲流方向一致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- -試驗(yàn)觀察試驗(yàn)觀察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：體積力：體積力滲透力滲透力j j：單位土體內(nèi)土骨架（土：單位土體內(nèi)土骨架（土顆粒）所受到的滲流作用力。顆粒）所受到的滲流作用力。截面積截面積A=13.4 3.4 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形 h200hwL土樣土樣濾網(wǎng)濾網(wǎng)貯水

41、器貯水器ab滲透力滲透力- -受力分析受力分析GG = L sat L( + w)P1 = whwP2 = wh2R = ?R + P2 = G + P1R + wh2 = L( + w) + whw R = L n 土水整體受力分析土水整體受力分析- -靜水靜水 取土水為整體作為隔離體，則作用在土柱上的力： (1) 土水總重量 W satL； (2) 土柱兩端的邊界水壓力 whw和 w h1； (3) 土柱下部濾網(wǎng)的支 承反力R。 在此種條件下，土粒與水之間的作用力為內(nèi)力，在土柱的受力分析中不出現(xiàn)。方法一方法一 把土骨架和水分開來取隔離體。 作用在土骨架隔離體上的力：作用在土骨架隔離體上的力

42、： (1) 土粒有效重量W L； (2) 總滲透力JjL,方向豎直向上； (3) 下部支承反力R。 作用在孔隙水隔離體上的力：作用在孔隙水隔離體上的力： (1)孔隙水重量和土粒浮力的反力之和。 WwVv w + VS w wL (2)土柱兩端的邊界水壓力 w hw和 w h1； (3)土柱內(nèi)土粒對水流的阻力，其大小應(yīng)和滲透力相等，方向相反。則總阻力 J j L。考慮水體隔離體的平衡條件，可得：考慮水體隔離體的平衡條件，可得：iLhLLhhjhLjLhhJwhwwwwwwwwwwww)(111故滲透力故滲透力 j = j= w i 滲透力是一種體積力，量綱與滲透力是一種體積力，量綱與 w相同。滲

43、透力的大小和水力坡降成相同。滲透力的大小和水力坡降成正比，其方向與滲流方向一致。正比，其方向與滲流方向一致。 滲透力的計算滲透力的計算用土用土水整體隔離體水整體隔離體 推導(dǎo)臨界水力坡降推導(dǎo)臨界水力坡降 ？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- -受力分析受力分析截面積截面積AG = L sat L( + w)P1 = whwP2 = wh1R = ?R + P2 = + P1R + wh1 = L( + w) + whw R= （ L - w h）n 土水整體受力分析土水整體受力分析- -滲流滲流h1hh200hwL土樣土樣濾網(wǎng)濾網(wǎng)貯水器貯水器a b3.4 3.4 滲

44、透力與滲透變形滲透力與滲透變形 滲透力滲透力- -受力分析受力分析R = （ L - w h）n 土水整體受力分析土水整體受力分析- 對比對比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 滲流中的土體滲流中的土體向上滲流存在時，濾向上滲流存在時，濾網(wǎng)支持力減少網(wǎng)支持力減少R = L 減少的部分由誰承擔(dān)？減少的部分由誰承擔(dān)？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= + w土水土水 = 土骨架土骨架 + 孔隙水

45、孔隙水JRJ P1P2P1P2Rn土水土水隔離隔離受力分析受力分析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- -受力分析受力分析R = L- w h 土骨架受力分析：土骨架受力分析：有效重量：有效重量： =L 總滲透力：總滲透力：J=Lj濾網(wǎng)的反力：濾網(wǎng)的反力：R 孔隙水受力分析：孔隙水受力分析：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：w =Vv w+Vs w=L w平衡條件：平衡條件：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滲透力的性質(zhì)滲透力的性質(zhì)F物理意義：物理意義：單位土體

46、內(nèi)土骨架所受到的單位土體內(nèi)土骨架所受到的滲透水流的拖曳力，它是一種體積力滲透水流的拖曳力，它是一種體積力F大小：大?。?j = j = w wi iF方向：方向：與水力坡降方向一致與水力坡降方向一致F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 向上滲流存在時，濾網(wǎng)支持向上滲流存在時，濾網(wǎng)支持力減少力減少。當(dāng)濾網(wǎng)支持力為零當(dāng)濾網(wǎng)支持力為零時的水力坡降稱為時的水力坡降稱為臨界水力臨界水力坡降坡降icr，它是土體開始發(fā)生，它是土體開始發(fā)生流土破壞時的水力坡降：流土破壞時的水力坡降：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- -受力分析受力分

47、析滲透力滲透力- -受力分析受力分析R =（ L - w h）=0n 臨臨界界水力坡降水力坡降h1hh200hwL土樣土樣濾網(wǎng)濾網(wǎng)貯水器貯水器a bicr = h/L = / w(1)1swde 11scrdie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)3.4 3.4 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形 n土工建筑物及地基由于滲流作用而出現(xiàn)的變形或土工建筑物及地基由于滲流作用而出現(xiàn)的變形或破壞稱為滲透變形或滲透破壞。滲透變形是土工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)生破壞的常見類型建筑物發(fā)生破壞的常見類型n基本類型：基本類型： 管涌管涌 流土流土 接觸流土接觸流土 接觸沖刷

48、接觸沖刷滲透變形滲透變形單一土層滲透變形單一土層滲透變形的兩種基本型式的兩種基本型式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 - 流土流土n 流土：流土：在在向上向上的滲透作用下，表層局部范圍內(nèi)的土體或顆的滲透作用下，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。任何類型的土，只要水粒群同時發(fā)生懸浮、移動的現(xiàn)象。任何類型的土，只要水力坡降達(dá)到一定的大小，都可發(fā)生流土破壞力坡降達(dá)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crii e11GiscrF 原因：原因：與土的密實(shí)度有關(guān)與土的密實(shí)度有關(guān)流土發(fā)生于地基或土壩下游滲流出

49、逸處，不發(fā)生于土體內(nèi)部。開流土發(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、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、粉土等較易發(fā)生流土破壞粉土等較易發(fā)生流土破壞 3.4 3.4 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形 scrFiiiFs: 安全系數(shù)安全系數(shù)1.52.0 i : 允許坡降允許坡降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

50、界水力坡降這無粘性土，只要滿足滲透坡降大于臨界水力坡降這一水力條件，均要發(fā)生流土：一水力條件，均要發(fā)生流土：壩體壩體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F 原因原因內(nèi)因：有足夠多的粗顆粒形成大于細(xì)粒直徑的孔隙內(nèi)因：有足夠多的粗顆粒形成大于細(xì)粒直徑的孔隙外因：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(xì)小顆粒，通在滲流作用下，一定級配的無粘性土中的細(xì)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

51、，在滲透水流作用下，細(xì)顆粒在粗顆粒形成細(xì)顆粒在粗顆粒形成的孔隙中移動流失的孔隙中移動流失2. 孔隙不斷擴(kuò)大，滲流孔隙不斷擴(kuò)大，滲流速度不斷增加，較粗速度不斷增加，較粗顆粒也相繼被水帶走顆粒也相繼被水帶走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3.4 3.4 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形 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)： 粘性土（分散性土例外）屬于非粘性土（分散性土例外）屬于非管涌土管涌土 無粘性土中發(fā)生管涌必須具備相無粘性土中發(fā)生管涌必須具備相應(yīng)的應(yīng)的幾何條件幾何條件和和水力條件水力條件管涌可能性的判別管涌可能性的判別3

52、.4 3.4 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形 較均勻土較均勻土（CuCu 1010） 幾何條件幾何條件 水力條件水力條件n 無粘性土管無粘性土管涌的判別涌的判別級配級配孔隙及細(xì)?？紫都凹?xì)粒判定判定非管涌土非管涌土粗顆粒形成的粗顆粒形成的孔隙小于細(xì)顆?？紫缎∮诩?xì)顆粒不均不均勻土勻土（Cu10Cu10）不連續(xù)不連續(xù)連續(xù)連續(xù)d d0 0=0.25d=0.25d2020細(xì)粒含量細(xì)粒含量35%35%細(xì)粒含量細(xì)粒含量25%25%細(xì)粒含量細(xì)粒含量=25-35%=25-35%d d0 0 d d5 5d d0 0 = d = d3 3-d-d5 5管涌土管涌土過渡型土過渡型土非管涌土非管涌土非管涌土非管涌土

53、管涌土管涌土過渡型土過渡型土P(%)lgd骨架骨架充填料充填料F發(fā)生管涌的發(fā)生管涌的必要條件必要條件：粗顆：粗顆粒所構(gòu)成的孔隙粒所構(gòu)成的孔隙直徑大于細(xì)顆粒直徑大于細(xì)顆粒直徑直徑3.4 3.4 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形 幾何條件幾何條件 水力條件水力條件n 無粘性土管無粘性土管涌的判別涌的判別F 滲透力能夠滲透力能夠帶動細(xì)顆粒在孔帶動細(xì)顆粒在孔隙間滾動或移動。隙間滾動或移動?？捎霉苡颗R界水可用管涌臨界水力坡降表示力坡降表示0 5 10 15 20 25 30 35 1.51.00.50icrCu流土流土過渡過渡管涌管涌水力坡降水力坡降級配連續(xù)土級配連續(xù)土級配不連續(xù)土級配不連續(xù)土破壞坡降破

54、壞坡降 icr0.20-0.400.1-0.3允許坡降允許坡降 i0.15-0.250.1-0.2伊斯托敏娜（蘇）伊斯托敏娜（蘇）中國學(xué)者中國學(xué)者 Cu 20時時, icr =0.25-0.30， 考慮安全系數(shù)后：考慮安全系數(shù)后： i=0.10-0.153.4 3.4 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形 流土與管涌的比較流土與管涌的比較 流土流土土體局部范圍的顆粒同時土體局部范圍的顆粒同時發(fā)生移動發(fā)生移動管涌管涌只發(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(dǎo)致下游坡面產(chǎn)生局部滑動等導(dǎo)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(xì)顆粒通過粗粒形成土體內(nèi)細(xì)顆粒通過粗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)部和滲流可發(fā)生于土體內(nèi)部和滲流溢出處溢出處一般發(fā)生在特定級配的一般發(fā)生在特定級配的無粘性土或分散性粘土無粘性土或分散性粘土破壞過程相對較長破壞過程相對較長導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生塌陷或潰口導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生塌陷或潰口透水層透水層不透水層不透水層防滲體防滲體壩體壩體浸潤線浸潤線滲透變形的防治措施滲透變形的防治措施 scrFiiiF減小減小i i：上游延長滲徑：上游延長滲徑 下游減小水壓下游減小水壓F增大增大i： 下游增加透水下游增加透水 蓋重蓋重3.4 3.4 滲