第4章 土的滲透性與土中滲流

1、土的滲透性和滲流土的滲透性和滲流 Soil permeability and Seepage第三章第三章3 3 土的滲透性土的滲透性和滲流問(wèn)題和滲流問(wèn)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(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(guò)的性質(zhì)土具有被水、氣等液體透過(guò)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(wèn)題和滲流問(wèn)題 概述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

2、蓋防滲斜墻及鋪蓋浸潤(rùn)線浸潤(rùn)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滲水壓力滲水壓力揚(yáng)壓力揚(yáng)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(wèn)題和滲流問(wèn)題 概述概述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 土的滲透性土的滲透性和滲流問(wèn)題和滲流問(wèn)題 概述概述滲流量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 土的滲透性土的滲透性和滲流問(wèn)題和滲流問(wèn)題 概述概述滲流滑坡滲流滑坡

3、滲流滑坡滲流滑坡3 3 土的滲透性土的滲透性和滲流問(wèn)題和滲流問(wèn)題 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(yáng)壓揚(yáng)壓力力土坡穩(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 3 土的滲透性土的滲透性和滲流問(wèn)題和滲流問(wèn)題 概述概述3.1 3.1 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(wèn)題和滲流問(wèn)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二滲透

4、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(cè)定及影響因素三滲透系數(shù)的測(cè)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)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)BL3.1 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3 3 土的滲透性土的滲透性和滲流問(wèn)題和滲流問(wèn)題 ABL一滲流中的水頭與水力坡降一滲流中的水頭與水力坡降(hydraulic head and gradient)h1h2zAwAu wBu zBh00基準(zhǔn)面基準(zhǔn)面水力坡降線水力

5、坡降線gvuzhw22 wAAuzh 1wBBuzh 2hhh 21wuzh 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：3 3 土的滲透性土的滲透性和滲流問(wèn)題和滲流問(wèn)題 3.1 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(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水力坡降水力坡降A(chǔ)Qv Lhi iv 1

6、.1.滲透試驗(yàn)滲透試驗(yàn)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(cè)變量量測(cè)變量: : h2，V，Th=h1-h2Q=V/T3 3 土的滲透性土的滲透性和滲流問(wèn)題和滲流問(wèn)題 3.1 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(dá)西定律達(dá)西定律ikv 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 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)。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 注意：注意：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

7、試樣全斷面的平均滲流速度Vs：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k: : 反映土的透水性能的比例系數(shù)，稱(chēng)為反映土的透水性能的比例系數(shù)，稱(chēng)為滲透系數(shù)滲透系數(shù)Coefficient of permeability物理意義：水力坡降物理意義：水力坡降i1 1時(shí)的滲流速度時(shí)的滲流速度單位：?jiǎn)挝唬簃m/s, cm/s, m/s, m/day3 3 土的滲透性土的滲透性和滲流問(wèn)題和滲流問(wèn)題 3.1 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(dá)西定律達(dá)西定律二二. . 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(lèi)土中的滲流不符合達(dá)西定

8、律礫石類(lèi)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 3 3 土的滲透性土的滲透性和滲流問(wèn)題和滲流問(wèn)題 3.1 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律 三三. . 滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素 室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)定方法室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)定方法野外試驗(yàn)測(cè)定方法野外試驗(yàn)測(cè)定方法常水頭試驗(yàn)法常水

9、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(cè)定方法測(cè)定方法3 3 土的滲透性土的滲透性和滲流問(wèn)題和滲流問(wèn)題 3.1 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(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(cè)定及影響因素滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素 1. 1. 測(cè)定方法測(cè)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(cè)變量量測(cè)變量: : V，ti=h/LV=Qt=vAtv=kihtAVLk 適用土類(lèi)：適用土類(lèi)：透水性較大的砂性土透水性較大的砂性土3 3 土的滲透性土的滲

10、透性和滲流問(wèn)題和滲流問(wèn)題 3.1 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律 三三. . 滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素 1. 1. 測(cè)定方法測(cè)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(cè)變量量測(cè)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3 3 土的滲透性土的滲透性和滲流問(wèn)題和滲流問(wèn)題 3.1 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律 tt+ t三三. . 滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素滲透系數(shù)的

11、測(cè)定及影響因素 1. 1. 測(cè)定方法測(cè)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 210hhthdhkAaLdt21lnhhkAaLt 21lnhhAtaLk 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 3 土的滲透性土的滲透性和滲流問(wèn)題和滲流問(wèn)題 3.1 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)

12、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(cè)定測(cè)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(cè)定方法測(cè)定方法三三. . 滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素滲透系數(shù)的測(cè)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3 3 土的滲透性土的滲透性和滲流問(wèn)題和滲流問(wèn)題 3.1 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律 野外測(cè)定方法野外測(cè)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(chǎng)較為可優(yōu)點(diǎn)：可獲得現(xiàn)

13、場(chǎng)較為可靠的平均滲透系數(shù)靠的平均滲透系數(shù)1. 1. 測(cè)定方法測(cè)定方法三三. . 滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素 地下水位地下水位測(cè)壓管水面測(cè)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/drdrdhkrhAkiQ 2khdhrdrQ 2 )(ln212212hhkrrQ 212212)/ln(hhrrQk 缺點(diǎn)：費(fèi)用較高，耗時(shí)較長(zhǎng)缺點(diǎn)：費(fèi)用較高，耗時(shí)較長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)方法：實(shí)驗(yàn)方法：理論依據(jù)：理論依據(jù)：3 3 土的滲透性土的滲透性和滲流問(wèn)題和滲流問(wèn)題 3.1 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律 2.影響因素 粒徑大小及級(jí)

14、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 三三. . 滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素滲透系數(shù)的測(cè)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3 3 土的滲透性土的滲透性和滲流問(wèn)題和滲流問(wèn)題 3.1 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律 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3 3 土的滲透性土的滲透性和滲流問(wèn)題和滲流問(wèn)題

15、 3.1 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律 H1H2H3Hhk1k2k3xzq1xq3xq2xL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)1122不透水層不透水層1.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 iixHkHk1等量關(guān)系等量關(guān)系kxiH= kiiiHi3 3 土的滲透性土的滲透性和滲流問(wèn)題和滲流問(wèn)題 3.1 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律 H1H2H3Hhk1k2k3xz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)2.豎直滲流豎直滲流:v承壓水承壓水條

16、件條件:ziqq ihh iHH等效滲透系數(shù)等效滲透系數(shù): :qi = ki (hi/Hi)*AiiiikHqh zzkHqh iiizzkHqkHq iizkHHk )1(1iizkHHk等量關(guān)系等量關(guān)系3 3 土的滲透性土的滲透性和滲流問(wèn)題和滲流問(wèn)題 3.1 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律 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 iizkHHk四四. .層狀地基的層狀地基的等效滲

17、透系數(shù)等效滲透系數(shù)3 3 土的滲透性土的滲透性和滲流問(wèn)題和滲流問(wèn)題 3.1 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律 算例說(shuō)明算例說(shuō)明 m/day100,m0 . 1m/day1,m0 . 1m/day01. 0,m0 . 1332211 kHkHkH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m/day67.33 HHkkiixm/day03. 0 iizkHHk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 3 土的滲透性土的滲透性和滲流問(wèn)題和滲流問(wèn)題 3.1 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律 3.1

18、 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(wèn)題土的滲透性和滲流問(wèn)題 3.3 平面滲流與流網(wǎng)平面滲流與流網(wǎng) 3.2 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形 3.2 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形 一一. . 滲透力滲透力(seepage force) 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(lái)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(lái)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、拖曳力。架產(chǎn)生一個(gè)摩擦、拖曳力。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，

19、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 土的滲透性土的滲透性和滲流問(wèn)題和滲流問(wèn)題 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 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形 一一. . 滲透力滲透力(seepage force)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

20、 3 土的滲透性土的滲透性和滲流問(wèn)題和滲流問(wèn)題 一一. . 滲透力滲透力(seepage force)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 3 土的滲透性土的滲透性和滲流問(wèn)題和滲流問(wèn)題 3.2 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形 一一. . 滲透力滲透力(seepage force)h1hh200hwL土樣土樣濾網(wǎng)濾網(wǎng)

21、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(shuí)承擔(dān)？減少的部分由誰(shuí)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j = J/V = wh/L = wij = wi3 3 土的滲透性土的滲透性和滲流問(wèn)題和滲流問(wèn)題 3.2 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形 一一. . 滲透力滲透力(seepage force)h1hh200hwL土樣土樣濾網(wǎng)濾網(wǎng)貯水器貯水器a bP2WP1RA=1R = L wh滲流

22、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 = 0edws 11 )(ediscr 113 3 土的滲透性土的滲透性和滲流問(wèn)題和滲流問(wèn)題 3.2 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形 一一. . 滲透力滲透力P2WP1Rh1hh200hwL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= Vvw+ Vs

23、w= LwiLhLLhhjwwww)(1土水隔離分析土水隔離分析3 3 土的滲透性土的滲透性和滲流問(wèn)題和滲流問(wèn)題 3.2 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形 一一. . 滲透力滲透力(seepage force)滲透力的性質(zhì)滲透力的性質(zhì)物理意義：物理意義：?jiǎn)挝煌馏w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一致作用對(duì)象：作用對(duì)象：土骨架土骨架3 3 土的滲透性土的滲透性和滲流問(wèn)題和滲流問(wèn)題 3.2 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形 基本類(lèi)型基本類(lèi)型 二二. .滲透變形滲透變形seepa

24、ge deformation（滲透破壞滲透破壞seepage failure） 流土流土soil flow管涌管涌piping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 3 土的滲透性土的滲透性和滲流問(wèn)題和滲流問(wèn)題 3.2 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形 粘性土粘性土k1k2砂性土砂性土k2壩體壩體1.1. 基本類(lèi)型基本類(lèi)型 二二. .滲透變形（滲透破壞）滲透變形（滲透破壞） 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cri

25、iJW 0和和土土的的密密實(shí)實(shí)程程度度有有關(guān)關(guān)ediswcr 11 滲流滲流原因：原因：3 3 土的滲透性土的滲透性和滲流問(wèn)題和滲流問(wèn)題 3.2 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形 1.1. 基本類(lèi)型基本類(lèi)型 二二. .滲透變形（滲透破壞）滲透變形（滲透破壞） 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(wú)粘性土中的細(xì)小顆粒，通過(guò)較大顆在滲流作用下，一定級(jí)配的無(wú)粘性土中的細(xì)小顆粒，通過(guò)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

26、中形成與地表貫通的管道。管涌管涌破壞3 3 土的滲透性土的滲透性和滲流問(wèn)題和滲流問(wèn)題 3.2 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形 1. 基本類(lèi)型基本類(lèi)型 流土與管涌的比較流土與管涌的比較 流土流土 soil flow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 piping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(guò)程短破壞過(guò)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(lèi)土類(lèi)歷時(shí)歷時(shí)后果后果土體內(nèi)細(xì)顆粒通過(guò)粗粒形成土體內(nèi)細(xì)顆粒通過(guò)粗粒形成的孔隙通道移動(dòng)的孔隙通道移動(dòng)可發(fā)

27、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(jí)配的一般發(fā)生在特定級(jí)配的無(wú)粘性土或分散性粘土無(wú)粘性土或分散性粘土破壞過(guò)程相對(duì)較長(zhǎng)破壞過(guò)程相對(duì)較長(zhǎng)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生塌陷或潰口導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生塌陷或潰口二二. .滲透變形滲透變形 3 3 土的滲透性土的滲透性和滲流問(wèn)題和滲流問(wèn)題 3.2 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形 2.2.形成條件形成條件 scrFiii Fs: 安全系數(shù)安全系數(shù)1.52.0二二. .滲透變形滲透變形 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

28、3 土的滲透性土的滲透性和滲流問(wèn)題和滲流問(wèn)題 3.2 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形 二二. .滲透變形滲透變形 2.2.形成條件形成條件管涌管涌1 是否發(fā)生管涌，首先取決于土的性質(zhì)，是否發(fā)生管涌，首先取決于土的性質(zhì)，一般發(fā)生在無(wú)粘性土中一般發(fā)生在無(wú)粘性土中2 水力條件：水力條件：i icr3 3 土的滲透性土的滲透性和滲流問(wèn)題和滲流問(wèn)題 3.2 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形 3. 3. 防治措施防治措施 scrFiii 增大增大 i ：下游增加透水蓋重下游增加透水蓋重 二二. .滲透變形滲透變形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(rùn)線浸潤(rùn)線透水層透水層不透水層不透

29、水層減小減小i ：上游延長(zhǎng)滲徑；上游延長(zhǎng)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 3 土的滲透性土的滲透性和滲流問(wèn)題和滲流問(wèn)題 3.2 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形 3.1 3.1 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(wèn)題土的滲透性和滲流問(wèn)題 3.3 3.3 平面滲流與流網(wǎng)平面滲流與流網(wǎng) 3.2 3.2 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形 3.3 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.

30、 . 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(wèn)題和滲流問(wèn)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)取單寬：取單寬： dy=1與時(shí)間無(wú)關(guān)與時(shí)間無(wú)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 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(wèn)題和滲流問(wèn)題 zxzvxvdxxvvxx dzzvvzz 與與kx, kz無(wú)關(guān)無(wú)關(guān)滿(mǎn)足它的是兩個(gè)共軛調(diào)合函數(shù)滿(mǎn)足它的是兩個(gè)共

31、軛調(diào)合函數(shù) 勢(shì)函數(shù)和流函數(shù)勢(shì)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(chǎng)內(nèi)部的測(cè)管水頭的分布，描述滲流場(chǎng)內(nèi)部的測(cè)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. 求解方法求解方法 確定滲流場(chǎng)內(nèi)各點(diǎn)的確定滲流場(chǎng)內(nèi)各點(diǎn)的測(cè)管水頭測(cè)管水頭h的分布

32、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3 3 土的滲透性土的滲透性和滲流問(wèn)題和滲流問(wèn)題 3.3 平面滲流與流網(wǎng)平面滲流與流網(wǎng) 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 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 適用于邊界條件簡(jiǎn)單的情況適用于邊界條件簡(jiǎn)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

33、法、有限元方法，精度高，應(yīng)用愈來(lái)愈廣泛差分法、有限元方法，精度高，應(yīng)用愈來(lái)愈廣泛 利用滲流場(chǎng)和電場(chǎng)均服從利用滲流場(chǎng)和電場(chǎng)均服從Laplace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(chǎng)中的等勢(shì)線和流線來(lái)模擬滲流場(chǎng)中的等勢(shì)線和流線，作模型，用電場(chǎng)中的等勢(shì)線和流線來(lái)模擬滲流場(chǎng)中的等勢(shì)線和流線，以達(dá)到確定滲流場(chǎng)中滲流要素的目的。以達(dá)到確定滲流場(chǎng)中滲流要素的目的。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 土的滲透性土的滲透性和滲流問(wèn)題和滲流問(wèn)題 3.3 平面滲流與流網(wǎng)平面滲流與流網(wǎng) 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)(flow net)滲流場(chǎng)中的兩族相互正交曲線滲流場(chǎng)中的兩族相互正交曲線等勢(shì)線和流線等勢(shì)線和流線所形成的網(wǎng)絡(luò)狀曲線簇。所形成的網(wǎng)絡(luò)狀曲線簇。 流流 線線(flow lines)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(equipotential lines)測(cè)管水頭相同的點(diǎn)之連線測(cè)管水頭相同的點(diǎn)之連線 。 流網(wǎng)法流網(wǎng)法通過(guò)繪制流線與勢(shì)線