第三章 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律

1、土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 第三章第三章第三章第三章 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 3.2 3.2 土的滲透性土的滲透性3.3 3.3 流網(wǎng)及其應(yīng)用流網(wǎng)及其應(yīng)用 3.4 3.4 土的凍結(jié)機(jī)理土的凍結(jié)機(jī)理 3.1 3.1 土的毛細(xì)性土的毛細(xì)性表面張力表面張力原來液體與氣體相接觸時(shí)，會(huì)形成一個(gè)表面層，在這個(gè)表原來液體與氣體相接觸時(shí)，會(huì)形成一個(gè)表面層，在這個(gè)表面層內(nèi)存在著的相互吸引力就是表面張力，它能使液面自面層內(nèi)存在著的相互吸引力就是表面張力，它能使液面自動(dòng)收縮。動(dòng)收縮。表面張力是由液體分子間很大的內(nèi)聚力引起的。處于液體表面張力是由液體分子間很大的內(nèi)聚力引起的。處于液體表面層中的分子比液

2、體內(nèi)部稀疏，所以它們受到指向液體表面層中的分子比液體內(nèi)部稀疏，所以它們受到指向液體內(nèi)部的力的作用，使得液體表面層猶如張緊的橡皮膜，有內(nèi)部的力的作用，使得液體表面層猶如張緊的橡皮膜，有收縮趨勢(shì)，從而使液體盡可能地縮小它的表面面積。收縮趨勢(shì)，從而使液體盡可能地縮小它的表面面積。我們知道，球形是一定體積下具有最小的表面積的幾何形我們知道，球形是一定體積下具有最小的表面積的幾何形體。因此，在表面張力的作用下，液滴總是力圖保持球形，體。因此，在表面張力的作用下，液滴總是力圖保持球形，這就是我們常見的樹葉上的水滴按近球形的原因。這就是我們常見的樹葉上的水滴按近球形的原因。3.1 土的毛細(xì)性土的毛細(xì)性3 3

3、 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 土中毛細(xì)現(xiàn)象土中毛細(xì)現(xiàn)象是指土中水在表面張力作用下，是指土中水在表面張力作用下，沿著細(xì)小孔隙向上及向其它方向移動(dòng)的現(xiàn)象，這沿著細(xì)小孔隙向上及向其它方向移動(dòng)的現(xiàn)象，這種細(xì)小孔隙中的水稱為毛細(xì)水。種細(xì)小孔隙中的水稱為毛細(xì)水。 rThccos2 上升高度上升高度:r2hcw=2rTcos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)管毛細(xì)升高與孔徑成反比毛細(xì)升高與孔徑成反比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3 3 土中水的運(yùn)

4、動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 3.1 土的毛細(xì)性土的毛細(xì)性毛細(xì)水的上升是引起路基凍害的因素之一；對(duì)于房屋建筑，毛細(xì)水的上升會(huì)引起地下室過分潮濕；毛細(xì)水的上升可能引起土的沼澤化和鹽漬化，對(duì)土木工程及農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)都有很大影響。土的毛細(xì)現(xiàn)象對(duì)工程的影響土的毛細(xì)現(xiàn)象對(duì)工程的影響3 3 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 3.1 土的毛細(xì)性土的毛細(xì)性毛細(xì)水帶毛細(xì)水帶3 3 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 毛細(xì)網(wǎng)狀水帶，它位于毛細(xì)水帶的中部 正常毛細(xì)水帶，又稱毛細(xì)飽和帶，它位于毛細(xì)水帶的下部，與地下潛水連通。 毛細(xì)懸掛水帶，又稱上層毛細(xì)水帶，它位于毛細(xì)水帶的上部。 3.1 土的毛細(xì)性土的毛細(xì)性毛細(xì)水上升高度、上升速

5、度與土顆粒大小關(guān)系毛細(xì)水上升高度、上升速度與土顆粒大小關(guān)系毛細(xì)水在土中不是勻速上升的，而是隨著高度的增加而減慢，直至接近最大高度時(shí)，漸趨近于零。從粒徑而言，在較粗顆粒土中，毛細(xì)水上升開始進(jìn)行得很快，以后逐漸緩慢，而且較粗顆粒的曲線為細(xì)顆粒的曲線所穿過，這說明細(xì)顆粒土毛細(xì)水上升高度較大，但上升速度較慢。3.1 土的毛細(xì)性土的毛細(xì)性3 3 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 毛細(xì)壓力毛細(xì)壓力3 3 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 圖中兩個(gè)土粒（假想是球體）的接觸面間有一些毛細(xì)水，由于土粒表面的濕潤作用，使毛細(xì)水形成彎液面。在水和空氣的分界面上產(chǎn)生的表面張力T是沿著彎液面切線方向作用的，它促使兩個(gè)土

6、粒互相靠攏，在土粒的接觸面上就產(chǎn)生一個(gè)壓力，稱為毛細(xì)壓力pc。由毛細(xì)壓力所產(chǎn)生的土粒間的粘結(jié)力稱為假內(nèi)聚力。當(dāng)砂土完全干燥時(shí)，顆粒間沒有孔隙水，當(dāng)砂土完全浸沒在水中，孔隙中完全充滿水時(shí)，孔隙水不存在彎液面，這兩種情況下毛細(xì)壓力也就消失了。假凝聚力假凝聚力3.1 土的毛細(xì)性土的毛細(xì)性3 3 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 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(dòng)孔隙流體流動(dòng)滲流滲流水、氣等在土體孔隙中流動(dòng)的現(xiàn)象水、氣等在土體孔隙中流動(dòng)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

7、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3 3 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 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 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 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 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 滲流量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水井滲流漏斗狀潛水面漏斗狀潛水面Q3 3 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 滲流量

8、滲流量原地下水位原地下水位滲流時(shí)地下水位滲流時(shí)地下水位渠道滲流渠道滲流3 3 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 滲流滑坡滲流滑坡滲流滑坡滲流滑坡3 3 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 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3.2 3.2 土的滲透性土的滲透性 3 3 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 一滲流中的水頭與水力坡降一滲流中的水頭與

9、水力坡降二滲透試驗(yàn)與達(dá)西定律二滲透試驗(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 土的滲透性土的滲透性五動(dòng)水力及滲透破壞五動(dòng)水力及滲透破壞3 3 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)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A(chǔ)BL3.2 3.2 土的滲透性土的滲透性 透水層透水層不透水層不透水層基坑基坑板樁墻板樁墻ABL3 3 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)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h1h2zAwAu w

10、Bu zBh h00基準(zhǔn)面基準(zhǔn)面水力坡降線水力坡降線3.2 3.2 土的滲透性土的滲透性 g2vuzh2w wAA1uzh wBB2uzh hhh21 wuzh Lhi 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u/u/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：總水頭：總水頭：水力坡降水力坡降(水頭梯度）水頭梯度）：3.2 3.2 土的滲透性土的滲透性 二二. . 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， qLhAq斷面平均流速斷面平均流速

11、水力坡降水力坡降A(chǔ)qv Lhi iv 1.1.滲透試驗(yàn)滲透試驗(yàn)3 3 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 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/TQ2.2. 達(dá)西定律達(dá)西定律ikv nvvvs 滲透定律3.2 3.2 土的滲透性土的滲透性 3 3 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)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 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)。二二. . 滲透試驗(yàn)與滲透試驗(yàn)與達(dá)西定律達(dá)西定律iv

12、 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(shí)的滲流速度時(shí)的滲流速度單位：單位：mm/s, cm/s, m/s, m/daymm/s, cm/s, m/s, m/day2. 2. 達(dá)西定律達(dá)西定律3.2 3.2 土的滲透性土的滲透性 3 3 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土

13、中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 二二. . 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ivovcrivoi0層流（線性流）層流（線性流）大部分砂土，粉土；疏松的粘土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 )1m(kivm 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.

14、2 3.2 土的滲透性土的滲透性 3 3 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)1. 1. 測定方法測定方法3.2 3.2 土的滲透性土的滲透性 3 3 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 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: : Q，ti=h/LQ=qt=vAtv=kihtAQLk適用土類：

15、適用土類：透水性較大的砂性土透水性較大的砂性土3.2 3.2 土的滲透性土的滲透性 3 3 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)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 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tt+ t3.2 3.2 土的滲透性土的滲透性 3 3 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 三三. . 滲透

16、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(shí)刻：時(shí)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(jì)算相應(yīng)的，計(jì)算相應(yīng)的k，取平均值，取平均值3.2 3.2 土的滲透性土的滲透性 3 3 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中

17、水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 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，LQ，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 htAQLk 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(shí)段試驗(yàn)，取均值不同時(shí)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 土的滲透性土的滲透性 3 3 土

18、中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 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(shí)較長缺點(diǎn)：費(fèi)用較高，耗時(shí)較長實(shí)驗(yàn)方法：實(shí)驗(yàn)方法：理論依據(jù)：理論依據(jù)：2.影響因素 粒徑大小及級(jí)配粒徑大小及級(jí)配孔隙比孔隙比礦物成分礦物成分結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)土土粒粒特特性性、流流體體特特性性）(fk 3.2 3.2

19、 土的滲透性土的滲透性 3 3 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)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 l水的動(dòng)力粘滯系數(shù)水的動(dòng)力粘滯系數(shù)l飽和度（含氣量）飽和度（含氣量） 對(duì)對(duì)k k影響很大，封閉氣泡影響很大，封閉氣泡四四. .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)(平均滲透系數(shù)）確立各層的確立各層的k ki i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)3.2 3.2 土的滲透性土的滲透性 3 3 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 天然土層多呈層狀天然土層多呈層狀H1H2H3Hhk1k2k3xzq1xq3xq2xL四四. .層狀地基的層

20、狀地基的等效滲透系數(shù)等效滲透系數(shù)3.2 3.2 土的滲透性土的滲透性 3 3 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 1122不透水層不透水層水平滲流水平滲流條件條件: :Lhiii ixxqq iHH等效滲透系數(shù)等效滲透系數(shù): :qx=vxH=kxiHqix=kiiiHi iixHkH1kH1H2H3Hhk1k2k3xz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)3.2 3.2 土的滲透性土的滲透性 3 3 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 豎直滲流豎直滲流:v承壓水承壓水條件條件:vvi ihh iHH等效滲透系數(shù)等效滲透系數(shù): :vi = ki (h hi i/ /Hi)iiikvH

21、h zkvHh iizkvHkvH iizkHHk)k1HH(k1iiz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 土的滲透性土的滲透性 3 3 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 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)算例說明算例說明 day/m100k,m0 . 1Hday/m1k,m0 . 1Hday/m01. 0k,m0 . 1H332211 3

22、.2 3.2 土的滲透性土的滲透性 3 3 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 按層厚加權(quán)平均，由較大值控制按層厚加權(quán)平均，由較大值控制倒數(shù)層厚加權(quán)平均，由較小值控制倒數(shù)層厚加權(quán)平均，由較小值控制day/m67.33HHkkiix day/m03. 0kHHkiiz 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)一一. . 滲透力滲透力 試驗(yàn)觀察h=0 h=0 靜水中，土骨架會(huì)受到浮力作用。靜水中，土骨架會(huì)受到浮力作用。h0 h0 水在流動(dòng)時(shí)，水流受到來自土骨架的阻力，同時(shí)流動(dòng)的孔隙水對(duì)土骨水在流動(dòng)時(shí)，水流受到來自土骨架的阻力，同時(shí)流動(dòng)的孔隙水對(duì)土骨架產(chǎn)生一個(gè)摩擦、拖曳架產(chǎn)生一個(gè)摩擦、拖

23、曳(ye)(ye)力。力。滲透力滲透力 j j 滲透作用中，孔隙水對(duì)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(duì)土骨架的作用力，方向與滲流方向一致。3 3 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 滲透變形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 b3.2 3.2 土的滲透性土的滲透性 五五. .動(dòng)水力（滲透力）及滲透破壞（滲透變形）動(dòng)水力（滲透力）及滲透破壞（滲透變形）（一）（一） 滲透力滲透力3 3 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 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j3.2 3.2 土的滲透性土的滲透性 3 3 土中

24、水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 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3.2 3.2 土的滲透性土的滲透性 （一）（一） 滲透力滲透力2 2 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 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 = =

25、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3.2 3.2 土的滲透性土的滲透性 （一）（一） 滲透力滲透力3 3 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 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(shí)，濾網(wǎng)支持力減少向上滲流存在時(shí)，濾網(wǎng)支持力減少減少的部分由誰承擔(dān)？減少的部分由誰承擔(dān)？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

26、j = J/V = wh/L = wij = wi3.2 3.2 土的滲透性土的滲透性 （一）（一） 滲透力滲透力3 3 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 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(shí)，濾網(wǎng)支持力減少向上滲流存在時(shí)，濾網(wǎng)支持力減少臨界水力坡降臨界水力坡降i = h/L = /wicr = / /wL wh = 0e1)1G(ws e11Giscr 3.2 3.2 土的滲透性土的滲透性 （一）（一） 滲透力滲透力3 3 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 P2WP1Rh1h

27、h200hwL土土樣樣濾網(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 + jL= wh1WJWwJ=R+P2P1P1 = = whwP2 = = wh1Ww= LwiLhL)Lhh(jwww1w 土水隔離分析土水隔離分析3.2 3.2 土的滲透性土的滲透性 （一）（一） 滲透力滲透力2 2 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 滲透力的性質(zhì)滲透力的性質(zhì)物理意義：物理意義：單位土體內(nèi)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(nèi)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滲流方向一致與滲流方向

28、一致作用對(duì)象：作用對(duì)象：土骨架土骨架3.2 3.2 土的滲透性土的滲透性 （一）（一） 滲透力滲透力基本類型基本類型 流土流土管涌管涌3 3 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 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 3.2 3.2 土的滲透性土的滲透性 （二）滲透變形（滲透破壞）（二）滲透變形（滲透破壞） 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(shí)發(fā)生懸浮移動(dòng)的現(xiàn)象在向上的滲透作用下，表層局部土體顆粒同時(shí)發(fā)生懸浮移動(dòng)的現(xiàn)象crii

29、0JW 和和土土的的密密實(shí)實(shí)程程度度有有關(guān)關(guān)eGiscr 11 3 3 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 滲流滲流原因：原因：3.2 3.2 土的滲透性土的滲透性 （二）滲透變形（二）滲透變形 1.1. 基本類型基本類型 管涌管涌原因：原因：內(nèi)因內(nèi)因 有足夠多的粗顆粒形有足夠多的粗顆粒形成大于細(xì)粒直徑的孔隙成大于細(xì)粒直徑的孔隙外因外因滲透力足夠大滲透力足夠大 在滲流作用下，一定級(jí)配的無粘性土中的細(xì)小顆粒，通過較大顆在滲流作用下，一定級(jí)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(dòng)，最終在土中形成與地表貫通的管道。粒所形成的孔隙發(fā)生移動(dòng)，最終在土中形成與地表貫通的管道。3 3 土中水

30、的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 管涌管涌破壞3.2 3.2 土的滲透性土的滲透性 （二）滲透變形（二）滲透變形 1. 基本類型基本類型 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(shí)土體局部范圍的顆粒同時(shí)發(fā)生移動(dòng)發(fā)生移動(dòng)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(dòng)等導(dǎo)致下游坡面產(chǎn)生局部滑動(dòng)等現(xiàn)象現(xiàn)象位置位置土類土類歷時(shí)歷時(shí)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(dòng)的孔隙通道移動(dòng)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

31、般發(fā)生在特定級(jí)配的一般發(fā)生在特定級(jí)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(duì)較長破壞過程相對(duì)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 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 3.2 3.2 土的滲透性土的滲透性 （二）滲透變形（二）滲透變形 scrFiii Fs: 安全系數(shù)安全系數(shù)2 2.02.53 3 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 i : 允許坡降允許坡降i icr :土體處于穩(wěn)定狀態(tài)土體處于穩(wěn)定狀態(tài)土體發(fā)生流土破壞土體發(fā)生流土破壞土體處于臨界狀態(tài)土體處于臨界狀態(tài)流土流土經(jīng)驗(yàn)判斷：經(jīng)驗(yàn)判斷：3.2 3.2 土的滲透性土的滲透性 （二）滲透變形（二）滲透變形 2.2.形成條

32、件形成條件較均勻土較均勻土（Cu10Cu10）3 3 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 2.2.形成條件形成條件管涌管涌幾何條件幾何條件水力條件水力條件一般發(fā)生在無粘性土中一般發(fā)生在無粘性土中級(jí)配級(jí)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

33、管涌土非管涌土非管涌土非管涌土管涌土管涌土過渡型土過渡型土幾何條件幾何條件P(%)lgd骨架骨架充填料充填料P53d5d33.2 3.2 土的滲透性土的滲透性 （二）滲透變形（二）滲透變形 水力條件：水力條件：i icr5 10 15 20 25 30 35 402.01.51.00.50icrCu流土流土過渡過渡管涌管涌3 3 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 2.2.形成條件形成條件Cu 20時(shí)時(shí), icr =0.25-0.30 i=0.10-0.15蘇聯(lián)：蘇聯(lián)：中國：中國：水力坡降級(jí)配連續(xù)土級(jí)配不連續(xù)土破壞坡降icr0.20-0.400.1-0.3允許坡降i0.15-0.250.1-0.

34、23.2 3.2 土的滲透性土的滲透性 （二）滲透變形（二）滲透變形 scrFiii 增大增大 ii：下游增加透水蓋重下游增加透水蓋重 3 3 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 防治流土防治流土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防治管涌防治管涌改善幾何條件：改善幾何條件：設(shè)反濾層等設(shè)反濾層等改善水力條件：改善水力條件：減小滲透坡降減小滲透坡降3.2 3.2 土的滲透性土的滲透性 （二）滲透變形（二）滲透變形 3.3.防治措施防治措施 3.2 平面滲流與流網(wǎng)平面滲流與流網(wǎng) Lap

35、lace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 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 hh h恒定恒定穩(wěn)定滲流穩(wěn)定滲流h=h(x,z), v=v(x,z)取單寬：取單寬： dy=1與時(shí)間無關(guān)與時(shí)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3.3 3.3 流網(wǎng)及其應(yīng)用流網(wǎng)及其應(yīng)用 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 3 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 zxzvxvdxxvvxx dzzvvzz 0zvxvz

36、x zhkv;xhkvzzxx 連續(xù)性條件連續(xù)性條件 達(dá)西定律達(dá)西定律zxkk 假定假定 dxvdzvdqzxe dx)dzzvv(dz)dxxvv(dqzzxxo oedqdq 0zhxh2222 0zhkxhk22z22x Laplace方程方程1. 基本方程基本方程3.3 3.3 流網(wǎng)及其應(yīng)用流網(wǎng)及其應(yīng)用 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 2. 2. 求解方法求解方法 解析方法解析方法3 3 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 試驗(yàn)比擬方法試驗(yàn)比擬方法 （電比擬方法）（電比擬方法） 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

37、簡單的情況適用于邊界條件簡單的情況 通解：兩個(gè)共軛調(diào)和函數(shù)通解：兩個(gè)共軛調(diào)和函數(shù)勢(shì)函數(shù)勢(shì)函數(shù)(x,z)(x,z)流函數(shù)流函數(shù)(x,z)(x,z)等勢(shì)線等勢(shì)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(yīng)用愈來愈廣泛差分法、有限元方法，精度高，應(yīng)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(diǎn)，按一定比例制方程這一特點(diǎn)，按一定比例制作模型，用電場中的等勢(shì)線和流線來模擬滲流場中的等勢(shì)線和流線，作模型，用電場中的等勢(shì)線和流線來模擬滲流場中的等勢(shì)線和流線，以達(dá)到確定滲流場中滲流要素的目的。以達(dá)到確定滲流場中滲流要素的

38、目的。理論基礎(chǔ)：理論基礎(chǔ)：解析法的結(jié)果解析法的結(jié)果3.3 3.3 流網(wǎng)及其應(yīng)用流網(wǎng)及其應(yīng)用 二二. .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(shì)線和流線所形成的等勢(shì)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(dòng)的軌跡線。水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的軌跡線。 等勢(shì)線等勢(shì)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(shì)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(shì)線的網(wǎng)絡(luò)狀曲線簇來求解滲流問題。3 3 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 Hh03.3 3.3 流網(wǎng)及其應(yīng)用流網(wǎng)及其應(yīng)用 基本要求基本要求1.

39、 正交性：流線與等勢(shì)線必須正交正交性：流線與等勢(shì)線必須正交二二. .流網(wǎng)的繪制及應(yīng)用流網(wǎng)的繪制及應(yīng)用 3 3 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 Hh0lsls2. 各個(gè)網(wǎng)格的長寬比各個(gè)網(wǎng)格的長寬比c應(yīng)為常數(shù)。取應(yīng)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。3.3 3.3 流網(wǎng)及其應(yīng)用流網(wǎng)及其應(yīng)用 ABCDlsHh h00ls二二. .流網(wǎng)的繪制及應(yīng)用流網(wǎng)的繪制及應(yīng)用 3 3 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 繪制方法繪制方法一個(gè)高精度的流網(wǎng)圖，需經(jīng)過一個(gè)高精度的流網(wǎng)圖，需經(jīng)過多次的修改后才

40、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(shì)線和首尾等勢(shì)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(shì)線等勢(shì)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3.3 3.3 流網(wǎng)及其應(yīng)用流網(wǎng)及其應(yīng)用 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(shì)線上各點(diǎn)測管水頭等勢(shì)線上各點(diǎn)測管水頭h h相等。相等。二二. .流網(wǎng)的繪制及應(yīng)用流網(wǎng)的繪制及應(yīng)用 3 3 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 Hh0lsls3.3 3.3 流網(wǎng)及其應(yīng)用流網(wǎng)及其

41、應(yīng)用 3 3 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 一一. . 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(fù)雜條件總滲透力總滲透力大大 ?。盒。簀x網(wǎng)格面積網(wǎng)格面積 方方 向：向：與流線一致與流線一致作用點(diǎn)：作用點(diǎn)：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(duì)土體穩(wěn)定性的影響不同不同位置的滲透力對(duì)土體穩(wěn)定性的影響不同jAsljJ sHsljJ HHi; jll Hh0lsls3.3 3.3 流網(wǎng)及其應(yīng)用流網(wǎng)及其應(yīng)用 測管水頭測管水頭 h h 實(shí)際應(yīng)用實(shí)際應(yīng)用l /Hi hiiikv HMkMqq;HkslHkqiiii 確定孔壓確定孔壓 確

42、定流速確定流速 確定流量確定流量流道數(shù)M二二. .流網(wǎng)的繪制及應(yīng)用流網(wǎng)的繪制及應(yīng)用 3 3 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 水力坡降水力坡降Hh0lsls3.3 3.3 流網(wǎng)及其應(yīng)用流網(wǎng)及其應(yīng)用 3.4 3.4 土的凍結(jié)機(jī)理土的凍結(jié)機(jī)理 3 3 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 一一. .凍土現(xiàn)象及其對(duì)工程的危害凍土現(xiàn)象及其對(duì)工程的危害在冰凍季節(jié)因大氣負(fù)溫影響，使土中水分凍結(jié)成為凍土。在冰凍季節(jié)因大氣負(fù)溫影響，使土中水分凍結(jié)成為凍土。凍土根據(jù)其凍融情況分為：季節(jié)性凍土、隔年凍土和多年凍土根據(jù)其凍融情況分為：季節(jié)性凍土、隔年凍土和多年凍土。凍土。季節(jié)性凍土是指冬季凍結(jié)夏季全部融化的凍土；季節(jié)性

43、凍土是指冬季凍結(jié)夏季全部融化的凍土；若冬季凍結(jié)，一兩年不融化的土層稱為隔年凍土；若冬季凍結(jié)，一兩年不融化的土層稱為隔年凍土；凡凍結(jié)狀態(tài)持續(xù)三年或三年以上的土層稱為多年凍土。多凡凍結(jié)狀態(tài)持續(xù)三年或三年以上的土層稱為多年凍土。多年凍土地區(qū)的表土層，有時(shí)夏季融化，冬季凍結(jié)，所以也年凍土地區(qū)的表土層，有時(shí)夏季融化，冬季凍結(jié)，所以也是屬于季節(jié)性凍土。是屬于季節(jié)性凍土。3.4 3.4 土的凍結(jié)機(jī)理土的凍結(jié)機(jī)理 3 3 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 一一. .凍土現(xiàn)象及其對(duì)工程的危害凍土現(xiàn)象及其對(duì)工程的危害隨著土中水的凍結(jié)和融化，會(huì)發(fā)生凍土現(xiàn)象。某些細(xì)粒隨著土中水的凍結(jié)和融化，會(huì)發(fā)生凍土現(xiàn)象。某些細(xì)粒土

44、層在凍結(jié)時(shí)，往往會(huì)發(fā)生土層體積膨脹，使地面隆起土層在凍結(jié)時(shí)，往往會(huì)發(fā)生土層體積膨脹，使地面隆起成丘，即所謂凍脹現(xiàn)象。土層發(fā)生凍脹的原因，不僅是成丘，即所謂凍脹現(xiàn)象。土層發(fā)生凍脹的原因，不僅是由于水分凍結(jié)成冰時(shí)體積要增大由于水分凍結(jié)成冰時(shí)體積要增大9%的緣故，還主要是的緣故，還主要是由于土層凍結(jié)時(shí)，周圍未凍結(jié)區(qū)中的水分會(huì)向表層凍結(jié)由于土層凍結(jié)時(shí)，周圍未凍結(jié)區(qū)中的水分會(huì)向表層凍結(jié)區(qū)集聚，使凍結(jié)區(qū)土層中水分增加，凍結(jié)后的冰晶體不區(qū)集聚，使凍結(jié)區(qū)土層中水分增加，凍結(jié)后的冰晶體不斷增大，土體積也隨之發(fā)生膨脹隆起。凍土的凍脹會(huì)使斷增大，土體積也隨之發(fā)生膨脹隆起。凍土的凍脹會(huì)使路基隆起，使柔性路面鼓包、開裂

45、，使剛性路面錯(cuò)縫或路基隆起，使柔性路面鼓包、開裂，使剛性路面錯(cuò)縫或折斷；凍脹還使修建在其上的建筑物抬起，引起建筑物折斷；凍脹還使修建在其上的建筑物抬起，引起建筑物開裂、傾斜，甚至倒塌。開裂、傾斜，甚至倒塌。 3.4 3.4 土的凍結(jié)機(jī)理土的凍結(jié)機(jī)理 3 3 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 一一. .凍土現(xiàn)象及其對(duì)工程的危害凍土現(xiàn)象及其對(duì)工程的危害對(duì)工程危害更大的是在季節(jié)性凍土地區(qū)，一到春暖土層解對(duì)工程危害更大的是在季節(jié)性凍土地區(qū)，一到春暖土層解凍融化后，由于土層上部積累的冰晶融化，使土中含水率凍融化后，由于土層上部積累的冰晶融化，使土中含水率大大增加，加之細(xì)粒土排水能力差，土層處于飽和狀態(tài)，

46、大大增加，加之細(xì)粒土排水能力差，土層處于飽和狀態(tài)，土層軟化，強(qiáng)度大大降低。路基土凍融后，在車輛反復(fù)碾土層軟化，強(qiáng)度大大降低。路基土凍融后，在車輛反復(fù)碾壓下，輕者路面會(huì)變得松軟，限制行車速度，重者路面開壓下，輕者路面會(huì)變得松軟，限制行車速度，重者路面開裂、冒泥，即出現(xiàn)翻漿現(xiàn)象，使路面完全破壞。凍融也會(huì)裂、冒泥，即出現(xiàn)翻漿現(xiàn)象，使路面完全破壞。凍融也會(huì)使房屋、橋梁、涵管發(fā)生大量下沉或不均勻下沉，引起建使房屋、橋梁、涵管發(fā)生大量下沉或不均勻下沉，引起建筑物開裂破壞。因此，凍土的凍脹及凍融都會(huì)對(duì)工程帶來筑物開裂破壞。因此，凍土的凍脹及凍融都會(huì)對(duì)工程帶來危害，必須引起注意，采取必要的防治措施。危害，必須

47、引起注意，采取必要的防治措施。3.4 3.4 土的凍結(jié)機(jī)理土的凍結(jié)機(jī)理 3 3 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 二二. .凍土的機(jī)理與影響因素凍土的機(jī)理與影響因素1.凍脹的原因凍脹的原因 大氣溫度降至負(fù)溫時(shí)，土體孔隙中的自由水首先在大氣溫度降至負(fù)溫時(shí)，土體孔隙中的自由水首先在0 C時(shí)凍結(jié)成冰晶體。隨著時(shí)凍結(jié)成冰晶體。隨著氣溫的繼續(xù)下降，弱結(jié)合水的最外層也開始凍結(jié)，使冰晶體逐漸擴(kuò)大。這樣使氣溫的繼續(xù)下降，弱結(jié)合水的最外層也開始凍結(jié)，使冰晶體逐漸擴(kuò)大。這樣使冰晶體周圍土粒的結(jié)合水膜減薄，土粒就產(chǎn)生剩余的分子引力。另外，由于結(jié)冰晶體周圍土粒的結(jié)合水膜減薄，土粒就產(chǎn)生剩余的分子引力。另外，由于結(jié)合水

48、膜的減薄，使得水膜中的離子濃度增加（因?yàn)榻Y(jié)合水中的水分子結(jié)成冰晶合水膜的減薄，使得水膜中的離子濃度增加（因?yàn)榻Y(jié)合水中的水分子結(jié)成冰晶體，使離子濃度相應(yīng)增加），這樣，就產(chǎn)生滲附壓力（即當(dāng)兩種水溶液的濃度體，使離子濃度相應(yīng)增加），這樣，就產(chǎn)生滲附壓力（即當(dāng)兩種水溶液的濃度不同時(shí)，會(huì)在它們之間產(chǎn)生一種壓力差，使?jié)舛容^小溶液中的水向濃度較大的不同時(shí)，會(huì)在它們之間產(chǎn)生一種壓力差，使?jié)舛容^小溶液中的水向濃度較大的溶液滲流）。在這兩種引力作用下，附近未凍結(jié)區(qū)水膜較厚處的結(jié)合水，被吸溶液滲流）。在這兩種引力作用下，附近未凍結(jié)區(qū)水膜較厚處的結(jié)合水，被吸引到凍結(jié)區(qū)的水膜較薄處。一旦水分被吸引到凍結(jié)區(qū)后，因?yàn)樨?fù)溫作

49、用，水即引到凍結(jié)區(qū)的水膜較薄處。一旦水分被吸引到凍結(jié)區(qū)后，因?yàn)樨?fù)溫作用，水即凍結(jié)，使冰晶體增大，而不平衡引力繼續(xù)存在。若未凍結(jié)區(qū)存在著水源（如地凍結(jié)，使冰晶體增大，而不平衡引力繼續(xù)存在。若未凍結(jié)區(qū)存在著水源（如地下水距凍結(jié)區(qū)很近）及適當(dāng)?shù)乃囱a(bǔ)給通道（即毛細(xì)通道），就能夠源源不斷下水距凍結(jié)區(qū)很近）及適當(dāng)?shù)乃囱a(bǔ)給通道（即毛細(xì)通道），就能夠源源不斷地補(bǔ)充被吸收的結(jié)合水，則未凍結(jié)的水分就會(huì)不斷地向凍結(jié)區(qū)遷移積聚，使冰地補(bǔ)充被吸收的結(jié)合水，則未凍結(jié)的水分就會(huì)不斷地向凍結(jié)區(qū)遷移積聚，使冰晶體擴(kuò)大，在土層中形成冰夾層，土體積發(fā)生隆脹，即凍脹現(xiàn)象。這種冰晶體晶體擴(kuò)大，在土層中形成冰夾層，土體積發(fā)生隆脹，即

50、凍脹現(xiàn)象。這種冰晶體的不斷增大，一直要到水源的補(bǔ)給斷絕后才停止。的不斷增大，一直要到水源的補(bǔ)給斷絕后才停止。3.4 3.4 土的凍結(jié)機(jī)理土的凍結(jié)機(jī)理 3 3 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 二二. .凍土的機(jī)理與影響因素凍土的機(jī)理與影響因素2.影響凍脹的因素影響凍脹的因素 （1）土的因素。凍脹現(xiàn)象通常發(fā)生在細(xì)粒土中，特別是在粉土、粉質(zhì)黏土中，凍）土的因素。凍脹現(xiàn)象通常發(fā)生在細(xì)粒土中，特別是在粉土、粉質(zhì)黏土中，凍結(jié)時(shí)水分遷移積聚最為強(qiáng)烈，凍脹現(xiàn)象嚴(yán)重。這是因?yàn)檫@類土具有較顯著的毛細(xì)結(jié)時(shí)水分遷移積聚最為強(qiáng)烈，凍脹現(xiàn)象嚴(yán)重。這是因?yàn)檫@類土具有較顯著的毛細(xì)現(xiàn)象，上升高度大，上升速度快，具有較通暢的水源補(bǔ)給通道，同時(shí)，這類土的現(xiàn)象，上升高度大，上升速度快，具有較通暢的水源補(bǔ)給通道，同時(shí)，這類土的顆粒較細(xì)，表面能大，土粒礦物成分親水性強(qiáng)，能持有較多的結(jié)合水，從而能使顆粒較細(xì)，表面能大，土粒礦物成分親水性強(qiáng)，能持有較多的結(jié)合水，從而能使大量結(jié)合水遷移和積聚。大量結(jié)合水遷移和積聚。 砂礫等粗顆粒土，沒有或具有很少量的結(jié)合水，孔隙中自由水凍結(jié)后，不會(huì)發(fā)生砂礫等粗