清華大學(xué)土力學(xué)與地基基礎(chǔ)土的滲透性和滲流問題

1、會計學(xué)1清華大學(xué)土力學(xué)與地基基礎(chǔ)土的滲透性清華大學(xué)土力學(xué)與地基基礎(chǔ)土的滲透性和滲流問題和滲流問題2土的滲透性和滲流問題 第二章3本章特點本章特點學(xué)習(xí)要點學(xué)習(xí)要點主要難點主要難點有較嚴格的理論（水流的一般規(guī)律）有較嚴格的理論（水流的一般規(guī)律）有經(jīng)驗性規(guī)律（散粒體多孔介質(zhì)特性）有經(jīng)驗性規(guī)律（散粒體多孔介質(zhì)特性）注重對物理概念和意義的深入理解注重對物理概念和意義的深入理解注意土是散粒體（多孔介質(zhì)）這一特點注意土是散粒體（多孔介質(zhì)）這一特點 水頭及水力坡降水頭及水力坡降二維流網(wǎng)及其應(yīng)用二維流網(wǎng)及其應(yīng)用滲透力及其分析方法滲透力及其分析方法2 土的滲透性和滲流問題 42 土的滲透性和滲流問題 碎散性多孔介

2、質(zhì)三相體系孔隙流體流動滲流水、氣等流體在土體等多孔介質(zhì)的孔隙中流動的現(xiàn)象滲透性土體等多孔介質(zhì)具有被水、氣等流體透過的性質(zhì)滲透特性強度特性變形特性非飽和土的滲透性飽和土的滲透性概述能量差土顆粒土顆粒土中水土中水滲流滲流5概述滲流量滲透變形(滲透破壞)土石壩防滲斜墻及鋪蓋浸潤線透水層不透水層土石壩壩基壩身滲流2 土的滲透性和滲流問題 6滲水壓力揚壓力滲流量滲透變形透水層不透水層基坑板樁墻板樁圍護下的基坑滲流概述2 土的滲透性和滲流問題 7滲流量透水層不透水層天然水面天然水面水井滲流漏斗狀潛水面漏斗狀潛水面Q概述2 土的滲透性和滲流問題 地下水位8滲流量原地下水位滲流時地下水位渠道滲流概述2 土的滲

3、透性和滲流問題 水位9滲流滑坡滲流滑坡概述2 土的滲透性和滲流問題 10滲流量滲透變形滲水壓力滲流滑坡土的滲透性及滲流規(guī)律二維滲流及流網(wǎng)滲透力與滲透變形揚壓力土坡穩(wěn)定分析土坡穩(wěn)定分析擋水建筑物 集水建筑物 引水結(jié)構(gòu)物 基坑等地下施工多雨地區(qū)邊坡概述2 土的滲透性和滲流問題 水位112.1 土的滲透性與滲流規(guī)律 2.2 平面滲流與流網(wǎng) 2.3 滲透力與滲透變形 2 土的滲透性和滲流問題 122.1 土的滲透性與滲流規(guī)律 一滲流中的水頭與水力坡降二滲透試驗與達西定律三滲透系數(shù)的測定及影響因素四層狀地基的等效滲透系數(shù)2 土的滲透性和滲流問題 13ABL2.1 土的滲透性與滲流規(guī)律 透水層透水層不透水

4、層不透水層基坑基坑板樁墻2 土的滲透性和滲流問題 一滲流中的水頭與水力坡降14ABL一滲流中的水頭與水力坡降h1h2zAwAu wBu zBh h00基準面基準面水力坡降線g2vuzh2w wAA1uzh wBB2uzh 12hhh wuzh Lhi 總水頭總水頭單位重量水體所具有的能量z：位置水頭：位置水頭u/w：壓力水頭：壓力水頭V2/(2g)：流速水頭流速水頭0A點總水頭：點總水頭：B點總水頭：點總水頭：總水頭：總水頭：水力坡降：水力坡降：2.1 土的滲透性與滲流規(guī)律 2 土的滲透性和滲流問題 水頭差：水頭差：測管水頭15二. 滲透試驗與達西定律試驗前提：層流h，Q A，Q L，QLhA

5、Q 斷面平均流速水力坡降A(chǔ)Qv Lhi iv 1. 滲透試驗試驗結(jié)果：基于一系列試驗試驗裝置：如圖試驗條件: h1，A，L=const（一個試驗）量測變量: h2，V，Th=h1-h2Q=V/T2.1 土的滲透性與滲流規(guī)律 2 土的滲透性和滲流問題 162. 達西定律vk isvvvn 滲透定律在層流狀態(tài)的滲流中，滲流速度在層流狀態(tài)的滲流中，滲流速度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)。二. 滲透試驗與達西定律vi注意：注意：AAvvAnAv：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vs：實際平均

6、滲流速度，孔隙斷面的平均滲流速度實際平均滲流速度，孔隙斷面的平均滲流速度A AvQvA vsAvk: : 反映土的透水性能的比例系數(shù)，稱為反映土的透水性能的比例系數(shù)，稱為滲透系數(shù)滲透系數(shù)物理意義：物理意義：水力坡降水力坡降i1 1時的滲流速度時的滲流速度常用單位：常用單位：mm/s, cm/s, m/s, m/day2.1 土的滲透性與滲流規(guī)律 2 土的滲透性和滲流問題 172. 達西定律 適用條件：層流（線性流）2.1 土的滲透性與滲流規(guī)律 2 土的滲透性和滲流問題 二. 滲透試驗與達西定律 巖土工程中的絕大多數(shù)滲流問題，包括砂土或一般粘土，均屬層流范圍。 在粗粒土孔隙中，水流形態(tài)可能會隨流

7、速增大呈紊流狀態(tài)，滲流不再服從達西定律。 可用雷諾數(shù)Re進行判斷。 也可用臨界流速vcr進行判斷。( (: :運動粘滯系數(shù)）運動粘滯系數(shù)）Re5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) 10ev dR182. 達西定律（1）粗粒土：礫石類土中的滲流常不符合達西定律砂土中滲透速度 vcr= 0.30.5 cm/s = 0.0030.005 m/sivovcrivoi0 兩種特例：（2）粘性土：致密的粘土 i i0, v = k(i - i0 )(1)mvkim2.1土的滲透性與滲流規(guī)律 2 土的滲透性和滲流問題 二. 滲透試驗與達西定律19三. 滲透系數(shù)的測定及影

8、響因素 室內(nèi)試驗測定方法野外試驗測定方法常水頭試驗法常水頭試驗法變水頭試驗法變水頭試驗法井孔抽水試驗井孔抽水試驗井孔注水試驗井孔注水試驗1. 測定方法2.1 土的滲透性與滲流規(guī)律 2 土的滲透性和滲流問題 20 室內(nèi)試驗方法1常水頭試驗法三. 滲透系數(shù)的測定及影響因素 1. 測定方法結(jié)果整理試驗裝置：如圖試驗條件: h，A，L=const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2.1 土的滲透性與滲流規(guī)律 2 土的滲透性和滲流問題 hL土樣土樣AVQ 室內(nèi)試驗方法2變水頭試驗法透水性較小的粘性土透水性較小的粘性土

9、? ?21三. 滲透系數(shù)的測定及影響因素 1. 測定方法 室內(nèi)試驗方法2變水頭試驗法試驗裝置：如圖試驗條件: h變化，A、L=const量測變量: h ，t2.1 土的滲透性與滲流規(guī)律 2 土的滲透性和滲流問題 土樣土樣At=t1h1t=t2h2LQ水頭水頭測管測管開關(guān)開關(guān)a22三. 滲透系數(shù)的測定及影響因素 1. 測定方法 室內(nèi)試驗方法2變水頭試驗法結(jié)果整理:理論依據(jù):t時刻：時刻： hdtdhdVe= - 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 21th0haLdh

10、dkAh 21hhlnkAaLt 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2.1 土的滲透性與滲流規(guī)律 2 土的滲透性和滲流問題 土樣土樣At=t1h1t=t2h2LQ水頭水頭測管測管開關(guān)開關(guān)ahdhtt+dt23 野外測定方法抽水試驗和注水試驗法優(yōu)點：可獲得現(xiàn)場較為可靠的平均滲透系數(shù)1. 測定方法三. 滲透系數(shù)的測定及影響因素 地下水位測壓管水面井抽水量抽水量Q Qr1rr2dhdrh1hh2不透水層不透水層觀察井A=2rhi=dh/drdrdhkrh2AkiQ khdh2rdrQ )hh(krrlnQ212212 21221

11、2hh)r/rln(Qk 缺點：費用較高，耗時較長實驗方法：實驗方法：理論依據(jù)：理論依據(jù)：2.1 土的滲透性與滲流規(guī)律 2 土的滲透性和滲流問題 積分k=f(土骨架特性，流體特性土骨架特性，流體特性)242.影響因素 粒徑大小及級配 孔隙比 礦物成分 結(jié)構(gòu)三. 滲透系數(shù)的測定及影響因素 飽和度（含氣量） 水的粘滯系數(shù)2.1 土的滲透性與滲流規(guī)律 2 土的滲透性和滲流問題 252.影響因素 三. 滲透系數(shù)的測定及影響因素 2.1 土的滲透性與滲流規(guī)律 2 土的滲透性和滲流問題 粒徑大小及級配：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細顆粒充填，故土體孔隙的大小一般由細顆粒所控

12、制。（1）土骨架特性的影響）土骨架特性的影響孔隙比：是單位土體中孔隙體積的直接度量；滲透系數(shù)k一般隨孔隙比e增大而增大。礦物成分：對粘性土，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為高嶺石伊里石蒙脫石；塑性指數(shù)Ip綜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)。結(jié)構(gòu)：影響孔隙的構(gòu)成和方向性，對粘性土影響更大；在宏觀構(gòu)造上，天然沉積層狀粘性土層，常使得 k水平 k垂直；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)具有更大的透水性。26飽和度飽和度 Sr(%)滲透系數(shù)滲透系數(shù)k(10-3cm/s)876543280 90 100飽和度的影響飽和度的影響流體粘

13、滯性的影響流體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k影響很大，可減少有效滲透面積，還可以堵塞孔隙的通道2.影響因素 三. 滲透系數(shù)的測定及影響因素 2.1 土的滲透性與滲流規(guī)律 2 土的滲透性和滲流問題 （2）流體特性的影響）流體特性的影響27四. 層狀地基的等效滲透系數(shù)等效滲透系數(shù)已知各層的km考慮滲流方向天然土層多呈層狀天然土層多呈層狀2.1 土的滲透性與滲流規(guī)律 2 土的滲透性和滲流問題 H1H2H3Hk1k2k3xz不透水層不透水層2828H1H2H3Hhk1k2k3xzq1xq3xq2xL四.層狀地基的等效滲透系數(shù)1122不透水層不透水層水平滲流水平

14、滲流條件條件: :mhiiL xmxqqmHH等效滲透系數(shù)等效滲透系數(shù): :qx=vxH=kxiHqmx=kmimHm mxmmmH1kH kkHH2.1土的滲透性與滲流規(guī)律 2 土的滲透性和滲流問題 29H1H2H3Hhk1k2k3xz四. 層狀地基的等效滲透系數(shù)豎直滲流豎直滲流:v承壓水承壓水條件條件:mvvmhh mHH等效滲透系數(shù)等效滲透系數(shù): :mmmvHhk zkvHh mzmvHvHkk zmmHkHk mzmH11kH k 2.1 土的滲透性與滲流規(guī)律 2 土的滲透性和滲流問題 mmmmhvkH 30算例算例 day/m100k,m0 . 1Hday/m1k,m0 . 1Hda

15、y/m01. 0k,m0 . 1H332211 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)按層厚加權(quán)平均，由較小值控制倒數(shù)按層厚加權(quán)平均，由較小值控制day/m67.33HHkkiix day/m03. 0kHHkiiz 四. 層狀地基的等效滲透系數(shù)2.1 土的滲透性與滲流規(guī)律 2 土的滲透性和滲流問題 312.1 土的滲透性與滲流規(guī)律 2.2 平面滲流與流網(wǎng) 2.3 滲透力與滲透變形 2 土的滲透性和滲流問題 322.2 平面滲流與流網(wǎng) zxzvxvdxxvvxx dzzvvzz hh恒定恒定t足夠長足夠長穩(wěn)定滲流穩(wěn)定滲流h=h(x,z), v=v(x,z)對單寬對單寬dy

16、=1，取一微小單元，取一微小單元dx, dz與與y、t無關(guān)無關(guān)2 土的滲透性和滲流問題 xzy各斷面幾何各斷面幾何物理條件相同物理條件相同平面滲流平面滲流打盹指數(shù)：033Laplace方程（基本方程）連續(xù)性條件達西定律流線方程假定kx=kz2 土的滲透性和滲流問題 2.2 平面滲流與流網(wǎng) 流線描述水頭描述勢函數(shù)的基本方程 流函數(shù)的基本方程 勢函數(shù) 流函數(shù)共軛調(diào)和，等值線正交求解（流網(wǎng)）邊界條件基本要求繪制方法主要特點實際應(yīng)用342.2 平面滲流與流網(wǎng) zxzvxvdxxvvxx dzzvvzz 0zvxvzx 連續(xù)性條件dxvdzvdqzxe dx)dzzvv(dz)dxxvv(dqzzxxo

17、 oedqdq 2 土的滲透性和滲流問題 一. 平面滲流的基本方程及求解 1. 基本方程水頭描述水頭描述352.2 平面滲流與流網(wǎng) 0zvxvzx xxzzhhvk;vkxz 連續(xù)性條件 達西定律0zhxh2222 0zhkxhk22z22x Laplace方程描述滲流場內(nèi)部的測管水頭的分布，是平面穩(wěn)定滲流的基本方程式之一2 土的滲透性和滲流問題 假定 kx=kz 水頭描述水頭描述22220 xz =-kh：勢函數(shù)等價于水頭一. 平面滲流的基本方程及求解 1. 基本方程 362.2 平面滲流與流網(wǎng) 2 土的滲透性和滲流問題 1. 基本方程流線描述流線描述一. 平面滲流的基本方程及求解 2222

18、0 xz xz+ddql 同一條流線上，流函數(shù)的值為常數(shù)，流線不能相交l 兩條流線流函數(shù)的差值等于其間通過的流量v vx xv vz zdzdz-dx-dx(x,z)流線與流速的關(guān)系全微分存在的條件流線與流量的關(guān)系370zhxh2222 2222ff0 xz22220 xz 22220 xz 2.2 平面滲流與流網(wǎng) 2 土的滲透性和滲流問題 一. 平面滲流的基本方程及求解 流線描述流線描述1. 基本方程 Laplace方程1）勢函數(shù)和流函數(shù)均滿足拉普拉斯方程2）勢函數(shù)等值線和流函數(shù)等值線正交3）勢函數(shù)和流函數(shù)為共軛調(diào)和函數(shù)，兩者完備地描述了一滲流場 +d +d ba38一. 平面滲流的基本方程

19、及求解 2. 求解方法 確定滲流場內(nèi)各點的測管水頭h的分布基本方程邊界條件定解條件2.2 平面滲流與流網(wǎng) 2 土的滲透性和滲流問題 其它各量穩(wěn)定滲流穩(wěn)定滲流39一. 平面滲流的基本方程及求解 2. 求解方法 邊界條件2.2 平面滲流與流網(wǎng) 2 土的滲透性和滲流問題 透水層透水層不透水層不透水層基坑基坑板樁墻水頭邊界條件：水頭邊界條件：首尾等水頭線首尾等水頭線( (等勢線等勢線) )12 流速邊界條件：流速邊界條件：邊界流線邊界流線3 其它邊界條件：其它邊界條件：滲出面、滲出面、自由水面自由水面112240一. 平面滲流的基本方程及求解 2. 求解方法 解析方法 試驗比擬方法（電比擬方法） 數(shù)值

20、方法 圖解法 流網(wǎng)近似求解方法 適用于邊界條件簡單的情況適用于邊界條件簡單的情況 通解：兩個共軛調(diào)和函數(shù)通解：兩個共軛調(diào)和函數(shù)勢函數(shù)勢函數(shù)(x,z)(x,z)流函數(shù)流函數(shù)(x,z)(x,z)等勢線等勢線流線流線相互正交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 利用滲流場和電場均服從Laplace方程這一特點，按一定比例制作模型，用電場中的等勢線和流線來模擬滲流場中的等勢線和流線，以達到確定滲流場中滲流要素的目的。理論基礎(chǔ)：理論基礎(chǔ)：解析法的結(jié)果解析法的結(jié)果2.2 平面滲流與流網(wǎng) 2 土的滲透性和滲流問題 41二. 流網(wǎng)的繪制及應(yīng)用 流 網(wǎng)：滲流場中的兩族相互正交曲線等勢線

21、和流線所形成的網(wǎng)絡(luò)狀曲線簇。 流 線：水質(zhì)點運動的軌跡線。 等勢線：測管水頭相同的點之連線 。 流網(wǎng)法：通過繪制流網(wǎng)來求解滲流問題。Hh02.2 平面滲流與流網(wǎng) 2 土的滲透性和滲流問題 42 基本要求1. 正交性：流線與等勢線（等水頭線）必須正交二. 流網(wǎng)的繪制及應(yīng)用 Hh0lsls2. 等值間隔流線與等值間隔等勢線形成的流網(wǎng)中，各個 網(wǎng)格的長寬比c應(yīng)為常數(shù)。取c=1，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。2.2 平面滲流與流網(wǎng) 2 土的滲透性和滲流問題 +d +d badvaadvbb dhlcds 通解數(shù)學(xué)描述幾何表示43lsHh h00ls二. 流網(wǎng)的繪制及

22、應(yīng)用 繪制方法一個高精度的流網(wǎng)圖，需經(jīng)過多次的修改后才能完成。根據(jù)滲流場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曲邊正方形初步繪制流網(wǎng)初步繪制流網(wǎng)流線等勢線反復(fù)修改，調(diào)整精度較高的流網(wǎng)圖2.2 平面滲流與流網(wǎng) 2 土的滲透性和滲流問題 工具：工具：紙鉛筆橡皮紙鉛筆橡皮44 主要特點 與上下游水位變化無關(guān) h=const； 與k無關(guān)； 等勢線上各點測管水頭h相等。二. 流網(wǎng)的繪制及應(yīng)用 Hh0lsls2.2 平面滲流與流網(wǎng) 2 土的滲透性和滲流問題 45 測管水頭 h 實際應(yīng)用l /Hi ）（zhhiiikv HMkMqq;HkslHkqiiii 確定孔壓 確定流速 確定

23、流量二. 流網(wǎng)的繪制及應(yīng)用 水力坡降Hh0lsls2.2 平面滲流與流網(wǎng) 2 土的滲透性和滲流問題 M: 流道數(shù)H= h/N: 相鄰等勢線間的水頭損失46Laplace方程（基本方程）連續(xù)性條件達西定律假定kx=kz流線方程水頭描述勢函數(shù) 流線描述流函數(shù)共軛、正交理論基礎(chǔ)邊界條件小結(jié)2.2 平面滲流與流網(wǎng) 2 土的滲透性和滲流問題 求解求解平面滲流的基本方程及求解流網(wǎng)的繪制及應(yīng)用實際應(yīng)用基本要求主要特點繪制方法4748土的滲透性和滲流問題 第二章作業(yè)2-1，2-2，2-42-5（B在A、C正中間）2-7，2-9，2-10 （選做）49提示：習(xí)題研討課范圍：第一、二章 內(nèi)容： 小 測 驗 習(xí)題討

24、論 方法討論（三相草圖法、流網(wǎng)法等） 難點討論 其它討論要求： 獨立完成 自帶工具（計算器、三角板等） 502.1 土的滲透性與滲流規(guī)律 2.2 平面滲流與流網(wǎng) 2.3 滲透力與滲透變形 2 土的滲透性和滲流問題 512.3 滲透力與滲透變形 一. 滲透力1、試驗現(xiàn)象滲透變形（滲透破壞）滲透力2 土的滲透性和滲流問題 二. 滲透變形（滲透破壞） 2、物理本質(zhì)3、計算方法土水整體分析土水整體分析土水隔離分析土水隔離分析52一. 滲透力1、試驗現(xiàn)象h=0 靜水中，土骨架會受到浮力作用。h0 水在流動時，水流受到來自土骨架的阻力，同時流動的孔隙水對土顆粒產(chǎn)生摩擦拖曳力和推力（動水壓力差）。滲透力 j

25、 ：孔隙水滲流對土骨架的作用力，方向與滲流方向一致。h1hh200hwL土樣濾網(wǎng)貯水器a b2 土的滲透性和滲流問題 2.3 滲透力與滲透變形 53一. 滲透力土土粒粒滲滲 流流j2.3 滲透力與滲透變形 2 土的滲透性和滲流問題 滲透力與浮力有何區(qū)別？2、物理本質(zhì)土土粒粒土土粒粒摩擦拖曳力推力(動水壓力差)54h200hwL土樣濾網(wǎng)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2.3

26、 滲透力與滲透變形 2 土的滲透性和滲流問題 一. 滲透力3、計算方法容器壁光滑容器壁光滑55h1hh200hwL土樣濾網(wǎng)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2.3 滲透力與滲透變形 2 土的滲透性和滲流問題 一. 滲透力土水整體分析土水整體分析3 3、計算方法、計算方法56h1hh200hwL土樣濾網(wǎng)貯水器a bP2WP1R靜水中的土體靜水中的土體A=1R

27、= L whR = L 滲流中的土體滲流中的土體向上滲流存在時，濾網(wǎng)支持力減少向上滲流存在時，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 j = J/V = wh/L = wij = wi2.3 滲透力與滲透變形 2 土的滲透性和滲流問題 一. 滲透力土水整體分析土水整體分析3、計算方法57h1hh200hwL土樣濾網(wǎng)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，濾網(wǎng)支持力減少向上滲流存在時，濾網(wǎng)支持力減少臨界水力坡

28、降臨界水力坡降i = h/L = /wicr = /w L wh = 0e1)1G(ws e11Giscr 2.3 滲透力與滲透變形 2 土的滲透性和滲流問題 一. 滲透力土水整體分析土水整體分析3、計算方法58P2WP1Rh1hh200hwL土樣濾網(wǎng)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 + j L= wh1WJWwJ=R+P2P1P1 = = whwP2 = = wh1Ww= Vvw+ Vsw= LwiLhL)Lhh(jwww1w 土水隔離分析土水隔離分析2.3 滲透力與滲透變形 2 土的滲透性和滲流問題 一. 滲透力3、計算方

29、法59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與 i 方向一致（均質(zhì)土與方向一致（均質(zhì)土與滲流方向一致）滲流方向一致）作用對象：作用對象：土骨架土骨架2.3 滲透力與滲透變形 2 土的滲透性和滲流問題 一. 滲透力60利用流網(wǎng)求滲透力利用流網(wǎng)求滲透力復(fù)雜條件總滲透力大 小：j 網(wǎng)格面積 方 向：與i方向一致（各向同性均質(zhì)土：流線）作用點：形心 ij 流網(wǎng)較密處i較大，該處滲透力也大不同位置的滲透力對土體穩(wěn)定性的影響不同jAsljJ sHsljJ HH

30、i; jll Hh0lsls2.3 滲透力與滲透變形 2 土的滲透性和滲流問題 一. 滲透力61基本類型 二. 滲透變形（滲透破壞） 流土管涌土工建筑物及地基由于滲流作用而出現(xiàn)的變形或破壞形成條件 防治措施 2.3 滲透力與滲透變形 2 土的滲透性和滲流問題 62粘性土粘性土k1k2砂性土砂性土k2壩體壩體1. 基本類型 二. 滲透變形（滲透破壞） 流土在向上的滲透作用下，表層局部土體顆粒同時發(fā)生懸浮移動的現(xiàn)象crii0JW 11scrGie滲流滲流原因：原因：2.3 滲透力與滲透變形 2 土的滲透性和滲流問題 和土的密實程度有關(guān)和土的密實程度有關(guān)631. 基本類型 管涌原因：內(nèi)因 有足夠多的

31、粗顆粒形成大于細粒徑的孔隙通道外因滲透力足夠大 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，最終在土中形成與地表貫通的管道。管涌管涌破壞2.3 滲透力與滲透變形 2 土的滲透性和滲流問題 二. 滲透變形（滲透破壞） 641. 基本類型 流土與管涌的比較 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)生移動生移動管涌只發(fā)生在水流滲出的表層只要滲透力足夠大，可發(fā)生在任何土中破壞過程短導(dǎo)致下游坡面產(chǎn)生局部滑動等現(xiàn)象位置土類歷時后果土體內(nèi)細顆粒通過粗粒形成的孔隙通道移動可發(fā)生于土體內(nèi)部和滲流溢出處一般發(fā)生在特定級配的無粘性土或分散性粘土破壞過程相對較長導(dǎo)致結(jié)構(gòu)

32、發(fā)生塌陷或潰口二. 滲透變形 2.3 滲透力與滲透變形 2 土的滲透性和滲流問題 652. 形成條件 scrFiii Fs: 安全系數(shù)1.52.0二. 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)流土工程判斷：工程判斷：2.3 滲透力與滲透變形 2 土的滲透性和滲流問題 無壓重時：無壓重時：按有效應(yīng)力判斷，見第三章按有效應(yīng)力判斷，見第三章有壓重時：有壓重時：66較均勻土（Cu10）二.滲透變形 2. 形成條件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)生在無粘性土中級配級配孔隙

33、及細?？紫都凹毩Ｅ卸ㄅ卸ǚ枪苡客链至Ｐ纬傻目紫洞至Ｐ纬傻目紫锻ǖ佬∮诩毩酵ǖ佬∮诩毩讲痪痪鶆蛲羷蛲粒–u10）不連續(xù)不連續(xù)連續(xù)連續(xù)D0=0.25d20細粒含量細粒含量35%細粒含量細粒含量25%細粒含量細粒含量=25-35%D0 d5D0 = d3-d5管涌土過渡型土過渡型土非管涌土非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P53d5d32.3 滲透力與滲透變形 2 土的滲透性和滲流問題 67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二. 滲透變形 2. 形成

34、條件Cu 20時時, icr =0.25-0.30 i=0.10-0.15蘇聯(lián)：蘇聯(lián)：中國：中國：水力坡降級配連續(xù)土級配不連續(xù)土破壞坡降icr0.20-0.400.1-0.3允許坡降i0.15-0.250.1-0.22.3 滲透力與滲透變形 2 土的滲透性和滲流問題 683. 防治措施 增大抵抗力：下游增加透水蓋重 二.滲透變形防治流土土石壩防滲斜墻及鋪蓋浸潤線透水層透水層不透水層不透水層減小滲透力：上游延長滲徑； 下游減小水壓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2.3 滲透力與滲透變形 2 土的滲透性和滲流問題 69小結(jié)

35、工程實例工程實例滲流問題滲流問題土的滲透性及滲透規(guī)律二維滲流及流網(wǎng)滲透力與滲透變形滲流中的水頭與水力坡降滲流中的水頭與水力坡降滲透試驗與達西定律滲透試驗與達西定律滲透系數(shù)的測定及影響因素滲透系數(shù)的測定及影響因素層狀地基的等效滲透系數(shù)層狀地基的等效滲透系數(shù)平面滲流的基本方程及求解 流網(wǎng)的繪制及應(yīng)用 滲透力：概念與計算滲透變形：類型，條件，防治2 土的滲透性和滲流問題 70第二章結(jié)束712 土的滲透性和滲流問題 碎散性多孔介質(zhì)三相體系孔隙流體流動滲流水、氣等流體在土體等多孔介質(zhì)的孔隙中流動的現(xiàn)象滲透性土體等多孔介質(zhì)具有被水、氣等流體透過的性質(zhì)滲透特性強度特性變形特性非飽和土的滲透性飽和土的滲透性概述能量差土顆粒土顆粒土中水土中水滲流滲流72滲流