第3章土中水的運動規(guī)律

1、 第第1章章 緒論緒論 第第2章章 土的物理性質(zhì)與工程分類土的物理性質(zhì)與工程分類 第第3章章 土中水的運動規(guī)律土中水的運動規(guī)律 第第4章章 土體中的應(yīng)力計算土體中的應(yīng)力計算 第第5章章 土的變形與地基的沉降土的變形與地基的沉降 第第6章章 土的抗剪強度土的抗剪強度 第第7章章 擋土結(jié)構(gòu)上的土壓力擋土結(jié)構(gòu)上的土壓力 第第8章章 地基的承載力地基的承載力 第第9章章 土坡穩(wěn)定分析土坡穩(wěn)定分析滲透特性滲透特性與滲透問與滲透問題的基礎(chǔ)題的基礎(chǔ) 本章提要本章提要 本章特點本章特點 學(xué)習(xí)要點學(xué)習(xí)要點土的滲透性和滲透規(guī)律土的滲透性和滲透規(guī)律滲透產(chǎn)生的滲透力與滲透變形滲透產(chǎn)生的滲透力與滲透變形 有嚴(yán)格的理論（

2、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)驗性規(guī)律（散粒多孔介質(zhì)特性）有經(jīng)驗性規(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)這一特點注意把握土是散粒多孔介質(zhì)這一特點 第第3 3章章 土中水的運動規(guī)律土中水的運動規(guī)律第第3章章 土中水的運動規(guī)律土中水的運動規(guī)律 3.1 概述概述 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 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形 碎散性碎散性多孔介質(zhì)多孔介質(zhì)三相體系三相體系（流體）（流體）孔隙中流體流動孔隙中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

3、土具有被水、氣等流體透過的性質(zhì)土具有被水、氣等流體透過的性質(zhì)滲透特性滲透特性強度特性強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能量差能量差土顆粒土顆粒土中水土中水滲流滲流土體中的滲流土體中的滲流3.1 概述概述內(nèi)因？內(nèi)因？外因？外因？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流問題：滲流問題：1. 滲流量？滲流量？2. 滲透力？滲透力？3. 滲透破壞？滲透破壞？滲流問題土石壩壩基壩身滲流滲流問題土石壩壩基壩身滲流 3.1 概述概述滲流問題：滲流問題：1. 滲流量？滲流量？2. 滲水壓力？滲水壓力？3. 滲透破壞？滲透破壞？透水層透水

4、層不透水層不透水層基坑基坑板樁墻板樁墻滲流問題板樁圍護下的基坑滲流滲流問題板樁圍護下的基坑滲流 3.1 概述概述滲流問題：滲流問題：1. 滲流量滲流量Q？2. 降水深度？降水深度？透水層透水層不透水層不透水層天然水面天然水面漏斗狀潛水面漏斗狀潛水面Q滲流問題水井滲流滲流問題水井滲流 3.1 概述概述滲流問題：滲流問題：1. 滲流量？滲流量？2. 地下水影響地下水影響 范圍？范圍？原地下水位原地下水位滲流時地下水位滲流時地下水位滲流問題渠道、河流滲流滲流問題渠道、河流滲流 3.1 概述概述滲流問題：滲流問題：1. 滲透力？滲透力？2. 入滲過程？入滲過程？滲流問題降雨入滲引起的滑坡滲流問題降雨入

5、滲引起的滑坡 3.1 概述概述 滲流量滲流量 揚壓力揚壓力 滲水壓力滲水壓力 滲透破壞滲透破壞 滲流速度滲流速度 滲水面位置滲水面位置 入滲過程入滲過程擋水結(jié)構(gòu)擋水結(jié)構(gòu) 集水結(jié)構(gòu)集水結(jié)構(gòu) 引水結(jié)構(gòu)引水結(jié)構(gòu) 基礎(chǔ)工程基礎(chǔ)工程地下工程地下工程邊坡工程邊坡工程滲透特性變形特性強度特性滲流問題土的滲透特性滲流問題土的滲透特性3.1 概述概述第第3章章 土中水的運動規(guī)律土中水的運動規(guī)律 3.1 概述概述 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 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形 內(nèi)容內(nèi)容滲流的驅(qū)動能量滲流的驅(qū)動能量反映滲流特點的定律反映滲流特點的定律土的滲透性土的滲透性地基的滲透系數(shù)地基

6、的滲透系數(shù)3.2 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律F一、水頭與水力坡降一、水頭與水力坡降F二、土的滲透試驗與二、土的滲透試驗與達西定律達西定律F三、滲透系數(shù)的測定三、滲透系數(shù)的測定及影響因素及影響因素F四、層狀地基的等效四、層狀地基的等效滲透系數(shù)滲透系數(shù)位置水頭、壓力水頭、測管水頭位置水頭、壓力水頭、測管水頭3.2 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律一、水頭與水力坡降一、水頭與水力坡降水流動的驅(qū)動力水流動的驅(qū)動力總水頭計算總水頭計算滲流中的水頭與水力坡降滲流中的水頭與水力坡降滲流中的水力坡降滲流中的水力坡降滲流中的水頭滲流中的水頭n 位置水頭位置水頭Z：到基準(zhǔn)面的到基準(zhǔn)面的距離距

7、離，代，代表表單位重量單位重量的液體從基準(zhǔn)面算起所的液體從基準(zhǔn)面算起所具有的具有的位置勢能位置勢能n 壓力水頭壓力水頭u/w：水壓力所能引起的水壓力所能引起的自由水面的自由水面的升高升高，表示，表示單位重量單位重量液液體所具有的體所具有的壓力勢能壓力勢能n 測管水頭：測管水頭：測管水面到基準(zhǔn)面的測管水面到基準(zhǔn)面的距距離離，位置水頭位置水頭壓力水頭壓力水頭，表示，表示單位重量單位重量液體的液體的總勢能總勢能n 在在靜止液體中各點靜止液體中各點的的測管水頭相等測管水頭相等zA00ABu0pawAu zBwBu 基準(zhǔn)面基準(zhǔn)面靜水靜水位置水頭、壓力水頭、測管水頭位置水頭、壓力水頭、測管水頭3.2 土的

8、滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律一、水頭與水力坡降一、水頭與水力坡降位置水頭、壓力水頭、測管水頭位置水頭、壓力水頭、測管水頭3.2 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律一、水頭與水力坡降一、水頭與水力坡降水流動的驅(qū)動力水流動的驅(qū)動力總水頭計算總水頭計算滲流中的水頭與水力坡降滲流中的水頭與水力坡降滲流中的水力坡降滲流中的水力坡降滲流中的水頭滲流中的水頭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高處流向位置勢能流向位置勢能低處低處壓力：壓力：水所具有的壓力勢能水所具有的壓力勢能流速：流速：水所具有的動能水所具有的動能也可

9、使水流發(fā)生流動也可使水流發(fā)生流動水水流動流動的驅(qū)動力的驅(qū)動力3.2 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律一、水頭與水力坡降一、水頭與水力坡降位置水頭、壓力水頭、測管水頭位置水頭、壓力水頭、測管水頭3.2 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律一、水頭與水力坡降一、水頭與水力坡降水流動的驅(qū)動力水流動的驅(qū)動力總水頭計算總水頭計算滲流中的水頭與水力坡降滲流中的水頭與水力坡降滲流中的水力坡降滲流中的水力坡降滲流中的水頭滲流中的水頭n 位置勢能：位置勢能：mgzwumg n 壓力勢能：壓力勢能：00基準(zhǔn)面基準(zhǔn)面質(zhì)量質(zhì)量 m壓力壓力 u流速流速 vzwu n 動能：動能：2mv212wmv21umg

10、mgzE n 總能量：總能量：2gvuzh2w 稱為稱為總水頭總水頭，是水流動的驅(qū)動力；，是水流動的驅(qū)動力；位置水頭壓力水頭位置水頭壓力水頭流速水頭流速水頭n 單位重量單位重量水流的總能量：水流的總能量：總水頭計算總水頭計算3.2 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律一、水頭與水力坡降一、水頭與水力坡降A(chǔ)BL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、動量方程滲流滲流中的水頭與水力坡降中的水頭與水力坡降3.2 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性

11、與滲透規(guī)律一、水頭與水力坡降一、水頭與水力坡降位置水頭、壓力水頭、測管水頭位置水頭、壓力水頭、測管水頭3.2 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律一、水頭與水力坡降一、水頭與水力坡降水流動的驅(qū)動力水流動的驅(qū)動力總水頭計算總水頭計算滲流中的水頭與水力坡降滲流中的水頭與水力坡降滲流中的水力坡降滲流中的水力坡降滲流中的水頭滲流中的水頭ABLhAzAwAu 基準(zhǔn)面基準(zhǔn)面gvuzhw22 wuzh n 總水頭：總水頭：單位重量水體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：水體的位置勢能（任選基準(zhǔn)面）：水體的位置勢能（任選基準(zhǔn)面） 壓力水頭壓力水頭u/ w：水體的壓力勢能（：水體的壓力

12、勢能（u：孔隙孔隙水壓力）水壓力） 流速水頭流速水頭v2/(2g)：水體的動能（對于滲流多處于層流：水體的動能（對于滲流多處于層流0）巖土工程中的絕大多數(shù)滲流問題，包括粗粒土和細(xì)粒土，均屬層流范圍。巖土工程中的絕大多數(shù)滲流問題，包括粗粒土和細(xì)粒土，均屬層流范圍。在粒徑較大的粗粒土孔隙中，水流形態(tài)可能會隨流速增大呈紊流狀態(tài)。在粒徑較大的粗粒土孔隙中，水流形態(tài)可能會隨流速增大呈紊流狀態(tài)。n 滲流的總水頭：滲流的總水頭：也稱也稱測管水頭測管水頭，是滲流的，是滲流的總驅(qū)動能。總驅(qū)動能。滲流滲流中的水頭中的水頭3.2 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律一、水頭與水力坡降一、水頭與水力坡降滲流總是從

13、滲流總是從水頭水頭高處流向高處流向水頭水頭低處低處ABL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總是從滲流總是從水頭水頭高處流向高處流向水頭水頭低處低處wuzh 位置水頭、壓力水頭、測管水頭位置水頭、壓力水頭、測管水頭3.2 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律一、水頭與水力坡降一、水頭與水力坡降水流動的驅(qū)動力水流動的驅(qū)動力總水頭計算總水頭計算滲流中的水頭與水力坡降滲流中的水頭與水力坡降滲流中的水力坡降滲流中的水力坡降滲流中的水頭滲流中的水頭wuzh BBB A A點總水頭：點總水頭：ABLhAhBzAwAu wBu zBh h基準(zhǔn)面基準(zhǔn)面水力坡降線水力坡降線wAAuzh A

14、B B點總水頭：點總水頭： 二點總水頭差：反映了二點總水頭差：反映了兩點間水流兩點間水流克服克服摩阻力摩阻力造成造成的的( (等于等于) )能量損失能量損失BAhhh 水力坡降水力坡降 i：單位滲流長度上的水頭損失：單位滲流長度上的水頭損失Lhi 滲流中的水力坡降滲流中的水力坡降3.2 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律一、水頭與水力坡降一、水頭與水力坡降靜止液體中，各點的測管水頭（總水頭）相等靜止液體中，各點的測管水頭（總水頭）相等h=0，i=0內(nèi)容內(nèi)容滲流的驅(qū)動能量滲流的驅(qū)動能量反映滲流特點的定律反映滲流特點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)3.2 土的滲透性與滲

15、透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律F一、水頭與水力坡降一、水頭與水力坡降F二、土的滲透試驗與二、土的滲透試驗與達西定律達西定律F三、滲透系數(shù)的測定三、滲透系數(shù)的測定及影響因素及影響因素F四、層狀地基的等效四、層狀地基的等效滲透系數(shù)滲透系數(shù)LAh1h2QQ透水石1856 年達西年達西(Darcy)在研究城在研究城市供水問題時進行了滲流試驗市供水問題時進行了滲流試驗12()hhQvAL或：或：hvkkiL單位時間單位時間、流過單位面積的、流過單位面積的流量流量v與水頭差成正比，與與水頭差成正比，與滲流長度成反比。滲流長度成反比。其中，其中，A：試樣的斷面積：試樣的斷面積Q：單位時間單位時間的流量的流量二、

16、土的滲透試驗與達西定律二、土的滲透試驗與達西定律3.2 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律vk in 達西定律：達西定律：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)n 滲透系數(shù)滲透系數(shù)k: 反映土的透水性能的比例系數(shù)，其物理意義為反映土的透水性能的比例系數(shù)，其物理意義為水力坡降水力坡降i1時的滲流速度，單位：時的滲流速度，單位： cm/s, m/s, m/dayn 滲透速度滲透速度v：土體試樣土體試樣全斷面全斷面的平均滲流速度，也稱假想的平均滲流速度，也稱假想滲流速度滲流速度3.2 土的

17、滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律二、土的滲透試驗與達西定律二、土的滲透試驗與達西定律QvA單位時間單位時間、流過單位面積的、流過單位面積的流量流量v滲透速度滲透速度v：土體試樣土體試樣全斷面全斷面的的平均滲流速度，也稱假想滲流速度平均滲流速度，也稱假想滲流速度11vvvQQvvvvAAAnnA在孔隙中的流速其中，其中，v vv v為實際平均流速，孔隙斷面的平均流速為實際平均流速，孔隙斷面的平均流速3.2 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律二、土的滲透試驗與達西定律二、土的滲透試驗與達西定律土顆粒土顆粒土中水土中水滲流滲流QvAn 適用條件：層流（線性流動）適用條件：層流（線性流動）

18、巖土工程中的絕大多數(shù)滲巖土工程中的絕大多數(shù)滲流問題，包括粗粒土和細(xì)流問題，包括粗粒土和細(xì)粒土，均屬層流范圍粒土，均屬層流范圍 在粒徑較大的粗粒土孔隙在粒徑較大的粗粒土孔隙中，水流形態(tài)可能會隨流中，水流形態(tài)可能會隨流速增大呈速增大呈紊流紊流狀態(tài)，滲流狀態(tài)，滲流不再服從達西定律?？捎貌辉俜倪_西定律。可用雷諾數(shù)進行判斷雷諾數(shù)進行判斷 ：0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5達西定律達西定律適用范圍適用范圍2.01.51.00.50水力坡降水力坡降流速流速 (m/h)礫石礫石粗砂粗砂中砂中砂細(xì)砂細(xì)砂極細(xì)砂極細(xì)砂h10dvReRe5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

19、過渡區(qū) 達西定律的適用范圍達西定律的適用范圍3.2 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律v：平均流速、：平均流速、：運動黏滯系數(shù)、：運動黏滯系數(shù)、d10：有效粒徑：有效粒徑二、土的滲透試驗與達西定律二、土的滲透試驗與達西定律 在純礫以上的很粗的粗粒土如堆在純礫以上的很粗的粗粒土如堆石體中，在水力坡降較大時，達石體中，在水力坡降較大時，達西定律不再適用，此時：西定律不再適用，此時：ivoi0n 兩種特例兩種特例 對致密的黏性土，存在起始水力對致密的黏性土，存在起始水力坡降坡降i i0 0 ？ivovcr)1m(kivm (1)mvkimii0, v=k (i - i0 )達西定律的適用范圍達

20、西定律的適用范圍3.2 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律二、土的滲透試驗與達西定律二、土的滲透試驗與達西定律 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F 室內(nèi)試驗方法室內(nèi)試驗方法F 野外試驗方法野外試驗方法三、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3.2 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律n 試驗條件試驗條件: : h，A，L=constn 量測變量量測變量: 體積體積V，tn 適用土類：透水性較大的砂土適用土類：透水性較大的砂土hL土樣土樣AVQ常水頭試驗法常水頭試驗法3.2 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲

21、透性與滲透規(guī)律Q：單位時間的流量；：單位時間的流量；V：流量；：流量；V=Qt QVvAAtvki hiL VLkAt h 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n 試驗條件試驗條件: :h變化變化 A，a，L=constn 量測變量量測變量: h，tn 適用土類：透水性較小適用土類：透水性較小 的細(xì)粒土的細(xì)粒土土樣土樣At=t1h1t=t2h2LQ水頭水頭測管測管開關(guān)開關(guān)a變水頭試驗法變水頭試驗法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、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1212ln()haLkA tth 土樣土樣At=t1t=t2h1h2LQ水

22、頭水頭測管測管開關(guān)開關(guān)在在tt+dt時段內(nèi)：時段內(nèi)： aL d hdtkAh 2211ththaLd hdtkAh 1212lnhaLttkAh 1212ln()haLkA tth 選擇幾組量測結(jié)果選擇幾組量測結(jié)果 ，計算相應(yīng)的計算相應(yīng)的k，取平均值，取平均值變水頭試驗法變水頭試驗法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、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hd htt+dt水頭差降低了水頭差降低了d h 入流量入流量：dVead h 出流量：出流量：()VhvkidVokiAdtkAdtAtL 連續(xù)性條件：連續(xù)性條件：dVedVo had hkAdtL 常水頭試驗

23、常水頭試驗變水頭試驗變水頭試驗條件條件已知已知測定測定公式公式取值取值h=consth變化變化h，A，LV，t重復(fù)試驗后，取均值重復(fù)試驗后，取均值a，A，Lh，t1212ln()haLkA tth htAVLk 不同時段試驗，取均值不同時段試驗，取均值適用適用粗粒土粗粒土細(xì)粒土細(xì)粒土室內(nèi)試驗方法小結(jié)室內(nèi)試驗方法小結(jié)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、滲透系數(shù)的測定及影響因素三、滲透系數(shù)的測定及影響因素內(nèi)容內(nèi)容滲流的驅(qū)動能量滲流的驅(qū)動能量反映滲流特點的定律反映滲流特點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)3.2 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律F一、水頭與

24、水力坡降一、水頭與水力坡降F二、土的滲透試驗與二、土的滲透試驗與達西定律達西定律F三、滲透系數(shù)的測定三、滲透系數(shù)的測定及及影響因素影響因素F四、層狀地基的等效四、層狀地基的等效滲透系數(shù)滲透系數(shù)n 是影響土中是影響土中孔隙直徑大小孔隙直徑大小的主的主要因素要因素n 粗顆粒形成大孔隙；細(xì)顆粒充粗顆粒形成大孔隙；細(xì)顆粒充填大孔隙填大孔隙細(xì)顆粒決定土體孔細(xì)顆粒決定土體孔隙的大小隙的大小土的滲透系數(shù)常用土的滲透系數(shù)常用有效粒徑有效粒徑d10來表示，如哈臣公來表示，如哈臣公式：式：210dck 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

25、數(shù)的影響因素滲透系數(shù)的影響因素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、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 對于砂土，常建立孔隙比對于砂土，常建立孔隙比e與與滲透系數(shù)滲透系數(shù)k之間的關(guān)系，如：之間的關(guān)系，如：)e1e(fk)e1e(fk)e(fk322 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)的影響因素滲透系數(shù)的影響因素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、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n 對

26、于細(xì)粒土對于細(xì)粒土，影響顆粒的表面力，影響顆粒的表面力n 黏土礦物不同，滲透系數(shù)相差極黏土礦物不同，滲透系數(shù)相差極大：大：高嶺石高嶺石伊里石伊里石蒙脫石蒙脫石 ；當(dāng)黏土中含有可交換的鈉離子越當(dāng)黏土中含有可交換的鈉離子越多時，其滲透性將越低多時，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) 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)的影響因素滲透系數(shù)的影響因素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、滲透系數(shù)的測定及影響因

27、素三、滲透系數(shù)的測定及影響因素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，對對細(xì)粒土細(xì)粒土影響更大影響更大n 在宏觀構(gòu)造上，天然沉積層狀在宏觀構(gòu)造上，天然沉積層狀黏性土層，扁平狀黏土顆粒常黏性土層，扁平狀黏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)（片架結(jié)構(gòu)）時，凝聚結(jié)構(gòu)（片架結(jié)構(gòu)）分分散結(jié)構(gòu)（片堆結(jié)構(gòu)）散結(jié)構(gòu)（片堆結(jié)構(gòu)） 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)的影響因素滲透系數(shù)的影響因素3.2 土的滲透性與滲

28、透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)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 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)的影響因素滲透系數(shù)的影響因素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、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凝聚結(jié)構(gòu)凝聚結(jié)構(gòu) 分散結(jié)構(gòu)分散結(jié)構(gòu)n 水的運動黏滯系數(shù)水的運動黏滯系數(shù)： 溫度溫度 ，水黏滯性，水黏滯性 ，k n 飽和度（含氣量）：封閉氣飽和度（含氣量）：封閉氣泡對

29、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：飽和度小飽和度小k小小 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)的影響因素滲透系數(shù)的影響因素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、滲透系數(shù)的測定及影響因素三、滲透系數(shù)的測定及影響因素非飽和土，飽和土？非飽和土，飽和土？內(nèi)容內(nèi)容滲流的驅(qū)動能量滲流的驅(qū)動能量反映滲流特點的定律反映滲流特點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)3.2 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律F一、水頭與水力

30、坡降一、水頭與水力坡降F二、土的滲透試驗與二、土的滲透試驗與達西定律達西定律F三、滲透系數(shù)的測定三、滲透系數(shù)的測定及影響因素及影響因素F四、層狀地基的等效四、層狀地基的等效滲透系數(shù)滲透系數(shù)等效滲透系數(shù)等效滲透系數(shù)天然土層多呈層狀天然土層多呈層狀四、層狀地基的四、層狀地基的等效滲透系數(shù)等效滲透系數(shù)3.2 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律水平等效滲透系數(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)各層土的各層土的ki單一土層的單一土層的k總體的透水性不變總體的透水性不變hH1H2H3Hk1k2k3xzq1xq3xq2x1122不透水層不透水層水平等效滲透系數(shù)水平等效滲透系數(shù): : ii

31、xHkH1kkx=?n 已知條件已知條件: :ihiiL ixxqqiHHn 達西定律達西定律: :水平等效滲透系數(shù)水平等效滲透系數(shù)kx3.2 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律四、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)()1qvkiH xxqk iH ixi iiqk i H xiiik iHk i H L iizkHHkH1H2H3Hhk1k2k3xzv承壓水承壓水kz=?ivv ihhiHHiiiiv Hhk zvHhk iihhiziv HvHkk n 已知條件已知條件: :n 達西定律達西定律: :垂直等效滲透系數(shù)垂直等效滲透系數(shù): :垂直等效滲透系數(shù)垂直等效滲透系數(shù)

32、kz3.2 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律四、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)iiiihvkH hvkikL zhvkH 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/.H1H2H3Hk1k2k3xz3.2 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律四、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)ivv ixxqq

33、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公式公式LhiiHHqqiii;.;,121kHHiixHkH1k12.;iivvvhh HH .,.;,2121kkHHiizkHHk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)3.2 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律練習(xí)練習(xí)6 直徑直徑10.0cm，高度，高度15.0cm的砂土，以的砂土，以10.0cm的水頭差進行了常水頭滲透試驗。測得的水頭差進行了常水頭滲透試驗。測得1分分鐘的流量為鐘的流量為120cm3。 試計算平均流速試計算平均流速v（cm/s），水力坡降），水力坡降i，土的滲透系數(shù)（土的滲透系數(shù)（cm/

34、s）。）。 設(shè)土的孔隙比為設(shè)土的孔隙比為0.5，則實際流速，則實際流速vv是多是多少？少？【解解】21200.0255(/ )110.0604QVvcm sAAt 10.00.66715.0hL i i20.02550.03823.8210(/ )0.667vcm si k k0.02550.02550.077(/ )0.50.333110.5vvvvcm sene練習(xí)練習(xí)7 設(shè)用于變水頭滲透試驗的黏土試樣的直徑為設(shè)用于變水頭滲透試驗的黏土試樣的直徑為7.10cm，高度為，高度為10.05cm。滲透儀細(xì)玻璃管的內(nèi)徑。滲透儀細(xì)玻璃管的內(nèi)徑為為1.00cm。試驗開始時間為。試驗開始時間為10時時1

35、0分，水頭差為分，水頭差為142.1cm。試驗結(jié)束時間為。試驗結(jié)束時間為11時時20分，水頭差為分，水頭差為107.4cm。 試計算黏土的滲透系數(shù)試計算黏土的滲透系數(shù)k（cm/s）。）?！窘饨狻?11212212212252lnlg/ln2.3lg()()()1110.05142.142.3lg1.32 10 (/ )1107.47.1(70 60)4hhhaLaLaLkeA tthA tthA tthcm s n 水頭與水力坡降水頭與水力坡降n 滲透試驗與達西滲透試驗與達西定律定律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) 滲流滲流的

36、總水頭的總水頭=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 達西定律達西定律 滲透系數(shù)、滲透速度滲透系數(shù)、滲透速度 達西定律的適用條件達西定律的適用條件 常水頭試驗常水頭試驗 變水頭試驗變水頭試驗 滲透系數(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)小結(jié)小結(jié)3.2 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律第第3章章 土中水的運動規(guī)律土中水的運動規(guī)律 3.1 概述概述 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 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形 滲透力滲透力 臨界水力坡降臨界水力坡降 滲透變形（滲透破壞）

37、滲透變形（滲透破壞）n h=0 h=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 h0 h0 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流動的孔隙水對阻力流動的孔隙水對土骨架產(chǎn)生一個摩擦、土骨架產(chǎn)生一個摩擦、拖曳力。拖曳力。h1hh200hwL土樣土樣濾網(wǎng)濾網(wǎng)貯水器貯水器a b滲透力滲透力j：（滲透作用中，）孔隙水對土：（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骨架的作用力，方向與滲流方向一致3.3 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形滲透力試驗觀察滲透力試驗觀察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

38、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)單位土體內(nèi)土骨架土骨架所受到的滲透水流的拖曳力所受到的滲透水流的拖曳力3.3 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形滲透力試驗觀察滲透力試驗觀察n總滲透力總滲透力J（孔隙水對土骨架的作用力）（孔隙水對土骨架的作用力）土粒對水流的阻力土粒對水流的阻力（水流克服阻力的損失（水頭損失）（水流克服阻力的損失（水頭損失） （whA）3.3 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形滲透力試驗觀察滲透力試驗觀察whA J水流作用于土體的總滲透力：水流作用于土體的總滲透力：wJhA 單位土體內(nèi)土骨架所受到的滲透力：單位土體內(nèi)土骨架所受到的滲透力：wwhAJj

39、iVAL 二點總水頭差：反映了兩點間水流克服二點總水頭差：反映了兩點間水流克服摩阻力摩阻力造成的造成的( (等于等于) )能量損失能量損失截面積截面積A=1h200hwL土樣土樣濾網(wǎng)濾網(wǎng)貯水器貯水器abWW = L sat L( + w)P1 = whwP2 = wh2R = ?R + P2 = W + 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3.3 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形滲透力受力分析滲透力受力分析濾網(wǎng)承受的力濾網(wǎng)承受的力R=？有效重量有效重量w截面積截面積A=1WW = L sat L( + w)P1 =

40、whwP2 = wh1R = ?R + P2 = W + P1R + wh1 = L( + w) + whw R = L - w hn 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 b3.3 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形滲透力受力分析滲透力受力分析濾網(wǎng)承受的力濾網(wǎng)承受的力R=？有效重量有效重量wR = L - w hn 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)承受的力減少了網(wǎng)承受的力減少了R

41、= 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 = wi3.3 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形滲透力受力分析滲透力受力分析i大，則大，則j大大R =W-J 滲流中的土體滲流中的土體F物理意義：物理意義：單位土體內(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

42、對象：作用對象：土骨架土骨架3.3 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形滲透力性質(zhì)滲透力性質(zhì)第第3章章 土中水的運動規(guī)律土中水的運動規(guī)律 3.1 概述概述 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 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形 滲透力滲透力 臨界水力坡降臨界水力坡降 滲透變形（滲透破壞）滲透變形（滲透破壞）滲流向上時，濾網(wǎng)承受的力滲流向上時，濾網(wǎng)承受的力減少。減少。濾網(wǎng)承受的力為零時濾網(wǎng)承受的力為零時的水力坡降稱為的水力坡降稱為臨界水力坡臨界水力坡降降icr，它是土體開始發(fā)生，它是土體開始發(fā)生流流土破壞土破壞時的水力坡降：時的水力坡降：R = L - w h=0h1hh200h

43、wL土樣土樣濾網(wǎng)濾網(wǎng)貯水器貯水器a bicr = h/L = / we11Gws)(e11Giscr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)3.3 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形臨界水力坡降臨界水力坡降R = W-J=0孔隙比孔隙比e大，大，icr小小第第3章章 土中水的運動規(guī)律土中水的運動規(guī)律 3.1 概述概述 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 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形 滲透力滲透力 臨界水力坡降臨界水力坡降 滲透變形（滲透破壞）滲透變形（滲透破壞）n土工結(jié)構(gòu)及地基由于土工結(jié)構(gòu)及地基由于滲流作用滲流作用而出現(xiàn)的變形或破而出現(xiàn)的變形或破壞稱為滲透變形

44、或滲透破壞。滲透變形是土工結(jié)壞稱為滲透變形或滲透破壞。滲透變形是土工結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞的常見類型構(gòu)發(fā)生破壞的常見類型3.3 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形滲透變形滲透變形基本類型基本類型 流土流土管涌管涌形成條件形成條件 防治措施防治措施 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。粒群同時發(fā)生懸浮、移動的現(xiàn)象。黏性土黏性土k1k2砂性土砂性土k2壩體壩體滲流滲流e11GiscrF 原因：原因：與土的密實度有關(guān)與土的密實度有關(guān)3.3 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形滲透變形流土滲透變形流土0crWJii sc

45、rFiiiFs: 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：n 在自下而上的滲流逸出處，在自下而上的滲流逸出處，任何類型的土任何類型的土，只要滿，只要滿足水力坡降大于臨界水力坡降這一水力條件，均要足水力坡降大于臨界水力坡降這一水力條件，均要發(fā)生流土：發(fā)生流土：3.3 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形滲透變形流土可能性的判別滲透變形流土可能性的判別壩體壩體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，

46、一定級配的無黏性土中的細(xì)小顆粒，通在滲流作用下，一定級配的無黏性土中的細(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，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. 孔隙不斷擴大，滲流孔隙不斷擴大，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3.3 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形滲透變形管涌滲透變形管涌n 土是否會

47、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)： 黏性土屬于非管涌土黏性土屬于非管涌土 無黏性土中發(fā)生管涌必須具備相應(yīng)的無黏性土中發(fā)生管涌必須具備相應(yīng)的 幾何條件（內(nèi)因）幾何條件（內(nèi)因）和和水力條件（外因）水力條件（外因）3.3 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形滲透變形管涌可能性的判別滲透變形管涌可能性的判別較均勻土較均勻土（CuCu 1010） 幾何條件幾何條件 水力條件水力條件n 無黏性土管無黏性土管涌的判別涌的判別級配級配孔隙及細(xì)粒孔隙及細(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