第二章土的滲透性課件

第二章土的滲透性2-1概述滲透：由于土體本身具有連續(xù)的孔隙，如果存在水位差的作用，水就會透過土體孔隙而發(fā)生孔隙內(nèi)的流動。土具有被水透過的性能稱為土的滲透性。土的滲透性主要研究：滲流量問題、滲透破壞問題和滲流控制問題土的滲透性問題是指由于水的滲透引起土體內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)的變化或土體、地基本身的結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度等狀態(tài)的變化，從而影響建筑物或地基的穩(wěn)定性或產(chǎn)生有害變形的問題。2023/1/5第二章土的滲透性2-1概述滲透：由于土體本身具有1第二章土的滲透性2-2達(dá)西滲透定律一、滲流的基本概念水頭：根據(jù)伯努利(Bernoulli)方程，有水在土中流速很慢，則水頭差：

2023/1/5第二章土的滲透性2-2達(dá)西滲透定律一、滲流的基本概念2第二章土的滲透性2-2達(dá)西滲透定律二、達(dá)西滲透定律由于土體中的孔隙一般非常微小，水在土體中流動時的粘滯阻力很大、流速緩慢，因此，其流動狀態(tài)大多屬于層流。著名的達(dá)西(Darcy)滲透定律：滲透速度：或滲流量為：2023/1/5第二章土的滲透性2-2達(dá)西滲透定律二、達(dá)西滲透定律23第二章土的滲透性不同的土，滲流速度與水力梯度之間的關(guān)系也不同。砂土如圖（a），為過源點(diǎn)的直線。對粘性土：對礫類土和巨粒土，有2023/1/5第二章土的滲透性不同的土，滲流速度與水力梯度之間4第二章土的滲透性必須指出，求出的滲透速度是一種假想的平均流速，因為它假定水在土中的滲透是通過整個土體截面來進(jìn)行的，而實際上，滲透水僅僅通過土體中的孔隙流動，實際平均流速要比假想的平均流速大很多。它們之間的關(guān)系為：2023/1/5第二章土的滲透性必須指出，求出的滲透速度是一種假5第二章土的滲透性三、達(dá)西滲透定律的適用條件只有當(dāng)滲流為層流的時候才能適用達(dá)西滲透定律。達(dá)西滲透定律的適用界限可以考慮為：滿足達(dá)西滲透定律的土的平均粒徑:

也就是說，對于比粗砂更細(xì)的土來說，達(dá)西滲透定律一般是適用的，而對粗粒土來講，只有在水力坡降很小的情況下才能適用。2023/1/5第二章土的滲透性三、達(dá)西滲透定律的適用條件2022/126第二章土的滲透性2-3滲透系數(shù)的測定滲透系數(shù)的大小是直接衡量土的透水性強(qiáng)弱的一個重要的力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)。一、實驗室內(nèi)測定滲透系數(shù)就原理而言，可分為：常水頭試驗和變水頭試驗。（一）常水頭法是在整個試驗過程中，水頭保持不變。常水頭法適用于透水性強(qiáng)的無粘性土。土的滲透系數(shù)：下頁所示為基馬式滲透儀2023/1/5第二章土的滲透性2-3滲透系數(shù)的測定7第二章土的滲透性2-3滲透系數(shù)的測定（二）變水頭法在整個試驗過程中，水頭是隨著時間而變化的。變水頭法適用于透水性弱的粘性土。土的滲透系數(shù)：或

下頁為南55型滲透儀2023/1/5第二章土的滲透性2-3滲透系數(shù)的測定（二）變水頭法28第二章土的滲透性2-3滲透系數(shù)的測定二、現(xiàn)場測定滲透系數(shù)在現(xiàn)場打一口試驗井和1~2個觀測孔，根據(jù)觀測孔與試驗井的距離和各自的水位，可以得到：或

2023/1/5第二章土的滲透性2-3滲透系數(shù)的測定二、現(xiàn)場測定滲透9第二章土的滲透性三、影響滲透系數(shù)的主要因素（1）土的粒度成分

（2）土的密實度（3）土的飽和度

（4）

水的溫度

（5）土的結(jié)構(gòu)（6）土的構(gòu)造2023/1/5第二章土的滲透性三、影響滲透系數(shù)的主要因素2022/1210第二章土的滲透性四、成層土的滲透系數(shù)天然沉積土往往由滲透性不同的土層所組成。對于與土層層面平行和垂直的簡單滲流情況，當(dāng)各土層的滲透系數(shù)和厚度為已知時，我們可求出整個土層與層面平行和垂直的平均滲透系數(shù)，作為進(jìn)行滲流計算的依據(jù)。2023/1/5第二章土的滲透性四、成層土的滲透系數(shù)2022/12/2011第二章土的滲透性如圖所示與層面平行的滲流情況。通過整個土層的總滲流量qx應(yīng)為各土層滲流量之總和，即整個土層與層面平行的平均滲流系數(shù)為：2023/1/5第二章土的滲透性如圖所示與層面平行的滲流情況。通過整個土12第二章土的滲透性如圖所示與層面垂直的滲流情況。通過整個土層的總滲流量qy應(yīng)為各土層滲流量之總和，即整個土層與層面垂直的平均滲流系數(shù)為：2023/1/5第二章土的滲透性如圖所示與層面垂直的滲流情13第二章土的滲透性2-4土中的二維滲流和流網(wǎng)一、二維滲流方程當(dāng)滲流場中水頭和流速等不隨時間改變稱為穩(wěn)定滲流。現(xiàn)從穩(wěn)定滲流場中任取一微分單元體，根據(jù)單位時間流入這個單元體的水量和流出的水量相等，可以得到根據(jù)達(dá)西定律，有代入上式得2023/1/5第二章土的滲透性2-4土中的二維滲流和流網(wǎng)一、二維滲14第二章土的滲透性2-4土中的二維滲流和流網(wǎng)如果土是各向同性的kx等于ky，則上式就是著名的拉普拉斯（Laplace）方程，它是描述穩(wěn)定滲流的基本方程式。通過求解一定邊界條件下拉普拉斯（Laplace）方程，就可求得該條件下的滲流場。2023/1/5第二章土的滲透性2-4土中的二維滲流和流網(wǎng)15第二章土的滲透性二、流網(wǎng)及其特征

流網(wǎng)：流線和等勢線所組成的曲線正交網(wǎng)格。

流線代表滲流的方向，任一點(diǎn)的切線方向代表流速矢量方向。

等勢線是滲流場中勢能或水頭的等值線，在任一條等勢線上各點(diǎn)的總水頭是相等的。對于各向同性的滲透介質(zhì)，流網(wǎng)具有下列特征：（1）流線與等勢線彼此正交；（2）每個網(wǎng)格的長寬比為常數(shù)；（3）相鄰等勢線間的水頭損失相等；（4）各流槽的滲流量相等。2023/1/5第二章土的滲透性二、流網(wǎng)及其特征2022/12/2016第二章土的滲透性2-5滲流力及滲透穩(wěn)定性滲流所引起的穩(wěn)定問題：（1）土體的局部穩(wěn)定問題，又稱為滲透變形問題；（2）整體穩(wěn)定問題（土體或結(jié)構(gòu)失穩(wěn)）。一、滲流力的概念水在土體中流動時，將會引起水頭的損失。這種水頭損失是由于水在土體孔隙中流動時，力圖拖曳土粒而消耗能量的結(jié)果。

滲流力：滲透水流施于單位土體內(nèi)土粒上的拖曳力，也稱滲透力、動水（壓）力。2023/1/5第二章土的滲透性2-5滲流力及滲透穩(wěn)定性滲流所引起的17第二章土的滲透性驗證滲流力存在的流土試驗：當(dāng)容器B提升到一定高度，容器A與容器B內(nèi)水位差達(dá)到一定值時，可以看到砂面出現(xiàn)沸騰那樣的景象，這種現(xiàn)象稱為流土或浮沖、砂沸。滲流力的大小與水力梯度成正比，其作用方向與滲流（或流向）方向一致，是一種體積力。2023/1/5第二章土的滲透性驗證滲流力存在的流土試驗：2022/1218第二章土的滲透性滲流力的大小與水力梯度成正比，其作用方向與滲流（或流向）方向一致，是一種體積力?？紫端疄槊撾x體（1）（2）（3）（4）土粒對水流的總阻力Fs2023/1/5第二章土的滲透性滲流力的大小與水力梯度成正比，其作用方向19第二章土的滲透性滲流力的大小與水力梯度成正比，其作用方向與滲流（或流向）方向一致，是一種體積力。沿水流方向力的平衡因為2023/1/5第二章土的滲透性滲流力的大小與水力梯度成正比，其作用方向20第二章土的滲透性對土體而言，以土體為脫離體，其受到的力有：邊界上土粒間傳遞的力；邊界上孔隙水傳遞的力；土體自重。滲流問題，存在兩種力的組合：（1）土粒為考察對象：J，W’（滲流力與有效重力）（2）土體為考察對象；W,U（土體的重力與孔隙水壓力）2023/1/5第二章土的滲透性對土體而言，以土體為脫離體，其受到的力有21第二章土的滲透性二、滲透變形（一）滲透變形的形式滲透變形可分為：流土和管涌兩種基本形式。流土：在滲流作用下局部土體表面隆起，或土粒群同時起動而流失的現(xiàn)象。它主要發(fā)生在地基或土壩下游滲流溢出處。管涌：在滲流作用下土體中的細(xì)土粒在粗土粒形成的孔隙通道中發(fā)生移動并被帶出的現(xiàn)象。它主要發(fā)生在砂礫土中。根據(jù)滲透變形，土可細(xì)分為：管涌型土；過渡型土；流土型土。2023/1/5第二章土的滲透性二、滲透變形2022/12/2022第二章土的滲透性（二）土的臨界水力梯度土體抵抗?jié)B透破壞的能力，稱為抗?jié)B強(qiáng)度。通常以瀕臨滲透破壞時的水力梯度表示，一般稱為臨界水力梯度或抗?jié)B梯度。1、流土型土的臨界水力梯度當(dāng)豎向滲流力等于土體的有效重量時，土體就處于流土的臨界狀態(tài)。粘性土發(fā)生流土破壞的機(jī)理與無粘性土不完全相同，因為前者不僅僅是由于滲流力作用的結(jié)果，而且還與土體表面的水化崩解程度（即水穩(wěn)性）以及滲流出口臨空面的孔徑等因素有關(guān)。2023/1/5第二章土的滲透性（二）土的臨界水力梯度粘性土發(fā)生流土破壞23第二章土的滲透性流土一般發(fā)生在滲流逸出處，根據(jù)逸出梯度ie：ie<icr穩(wěn)定ie=icr

臨界ie>icr

流土設(shè)計時要保證：ie<＝[i]=icr/Fs安全2023/1/5第二章土的滲透性流土一般發(fā)生在滲流逸出處，根據(jù)逸出梯度i24第二章土的滲透性2、管涌型土的臨界水力梯度管涌土的臨界水力梯度可通過公式計算，也可以通過試驗來測定。試驗時除了根據(jù)肉眼觀察細(xì)土粒的移動來判斷管涌外，還可借助于水力梯度i與流速v之間的變化來判斷管涌是否出現(xiàn)。（1）公式：（2）肉眼觀察（3）水力梯度i與流速v之間的變化2023/1/5第二章土的滲透性2、管涌型土的臨界水力梯度（1）公式：（25第二章土的滲透性3.臨界水力梯度的試驗資料（1）臨界水力梯度與不均勻系數(shù)的關(guān)系土的不均勻系數(shù)愈大，臨界水力梯度愈小。（2）臨界水力梯度與細(xì)料含量的關(guān)系2023/1/5第二章土的滲透性3.臨界水力梯度的試驗資料（2）臨界水26第二章土的滲透性（3）臨界水力梯度與滲透系數(shù)的關(guān)系對于不均勻的土，如果透水性強(qiáng)，抵抗?jié)B透變形的能力就差；如果透水性弱，抵抗?jié)B透變形的能力就強(qiáng)。防止?jié)B透變形發(fā)生的措施：（1）減小水力梯度；（2）加蓋壓重、反濾層、減壓井（3）改善級配2023/1/5第二章土的滲透性（3）臨界水力梯度與滲透系數(shù)的關(guān)系對于不27第二章土的滲透性2-6孔隙水應(yīng)力和有效應(yīng)力一、飽和土體中的孔隙水應(yīng)力和有效應(yīng)力把飽和土體中由孔隙水來承擔(dān)或傳遞的應(yīng)力定義為孔隙水應(yīng)力，常以u表示。把通過粒間的接觸面?zhèn)鬟f的應(yīng)力稱為有效應(yīng)力。只有有效應(yīng)力才能使土體產(chǎn)生壓縮（或固結(jié)）和強(qiáng)度。2023/1/5第二章土的滲透性2-6孔隙水應(yīng)力和有效應(yīng)力一、飽和土28第二章土的滲透性2-6孔隙水應(yīng)力和有效應(yīng)力太沙基有效應(yīng)力原理：把通過粒間的接觸面?zhèn)鬟f的應(yīng)力稱為有效應(yīng)力。定義：研究平面總面積A；粒間接觸面積As；孔隙水面積Aw＝（A－As）2023/1/5第二章土的滲透性2-6孔隙水應(yīng)力和有效應(yīng)力太沙基有效29第二章土的滲透性圖為浸沒在水下的飽和土體，設(shè)土面至水面的距離為h1,土的飽和容重為γsat

，則土面下深度為h2的a-a平面上的總應(yīng)力為二、在靜水條件下水平面上的孔隙水應(yīng)力和有效應(yīng)力2023/1/5第二章土的滲透性圖為浸沒在水下的飽和土體，設(shè)土面至水面的30第二章土的滲透性由此可見，在靜水條件下，孔隙水應(yīng)力等于研究平面上單位面積的水柱重量，與水深成正比，呈三角形分布；有效應(yīng)力等于研究平面上單位面積的土柱有效重量，與土層深度成正比，也呈三角形分布，而與超出土面以上靜水位的高低無關(guān)。其中，孔隙水應(yīng)力為于是，根據(jù)有效應(yīng)力原理，a-a平面上的有效應(yīng)力為2023/1/5第二章土的滲透性由此可見，在靜水條件下，孔隙水應(yīng)力等于研31第二章土的滲透性三、在穩(wěn)定滲流作用下水平面上的孔隙水應(yīng)力和有效應(yīng)力圖中表示在水位差作用下發(fā)生由上向下的滲流情況。此時在土層表面b-b上的孔隙水應(yīng)力與靜水情況相同，仍等于γwh1，面a-a平面上的孔隙水應(yīng)力將因水頭損失而減小，其值為2023/1/5第二章土的滲透性三、在穩(wěn)定滲流作用下水平面上的孔隙水應(yīng)力32第二章土的滲透性a-a平面上的總應(yīng)力仍保持不變，等于于是，根據(jù)有效應(yīng)力原理，a-a平面上的有效應(yīng)力為與靜水情況相比，當(dāng)有向下滲流作用時，a-a平面上的總應(yīng)力保持不變，孔隙水應(yīng)力減少了γwh。因而，證明了總應(yīng)力不變的條件下孔隙水應(yīng)力的減少等于有效應(yīng)力的等量增加。2023/1/5第二章土的滲透性a-a平面上的總應(yīng)力仍保持不變，等于于是33第二章土的滲透性向上滲流的情況：與靜水情況相比，當(dāng)有向上滲流作用時，a-a平面上的總應(yīng)力保持不變，孔隙水應(yīng)力增加了γwh，而有效應(yīng)力相應(yīng)地減少了γwh。因而，又一次證明在總應(yīng)力不變的條件下孔隙水應(yīng)力的增加等于有效應(yīng)力的等量減少。a-a平面上的總應(yīng)力a-a平面上的有效應(yīng)力為a-a平面上的孔隙水應(yīng)力2023/1/5第二章土的滲透性向上滲流的情況：與靜水情況相比，當(dāng)有向上34第二章土的滲透性向上滲流的情況：a-a平面上的有效應(yīng)力為流土：2023/1/5第二章土的滲透性向上滲流的情況：a-a平面上的有效應(yīng)力為35第二章土的滲透性四、根據(jù)流網(wǎng)確定孔隙水應(yīng)力按照上述孔隙水應(yīng)力的定義，一旦流網(wǎng)繪出以后，滲流場中任一點(diǎn)的孔隙水應(yīng)力即可由該點(diǎn)的測壓管中的水柱高度(或稱壓力水頭）乘以水的重度得到。當(dāng)計算點(diǎn)位于下游靜水位以下時，按照測壓管中水柱高度算出的孔隙水應(yīng)力是由兩部分組成的：其一是由下游靜水位產(chǎn)生的孔隙水應(yīng)力，通常將這一部分孔隙水應(yīng)力稱為靜孔隙水應(yīng)力；其二是由滲流所引起的，即超過靜水位的那一部分測壓管水柱所產(chǎn)生的孔隙水應(yīng)力,通常將這一部分孔隙水應(yīng)力稱為超靜孔隙水應(yīng)力。注意：土體的超靜孔隙水應(yīng)力除可由滲流產(chǎn)生以外，荷載（動的或靜的）也能夠在土體內(nèi)引起超靜孔隙水應(yīng)力。2023/1/5第二章土的滲透性四、根據(jù)流網(wǎng)確定孔隙水應(yīng)力2022/1236第二章土的滲透性【例題】如圖所示，若地基土的土粒比重ds為2.68，孔隙率n為38.0％，試求：（1）a點(diǎn)的孔隙水應(yīng)力和有效應(yīng)力；（2）滲流逸出處1－2是否會發(fā)生流土？（3）圖中網(wǎng)格9，10，11，12上的滲流力是多少？

【解】（1）由圖中可知，上下游的水位差h=8m，等勢線的間隔數(shù)N＝10，則相鄰兩等勢線間的水頭損失Δh=h/10=8/10=0.8m。2023/1/5第二章土的滲透性【例題】如圖所示，若地基土的土粒（1）由37第二章土的滲透性a點(diǎn)在第二根等勢線上，因此，該點(diǎn)的測壓管水位應(yīng)比上游水位低Δh=0.8m，從圖中直接量得下游靜水位至a點(diǎn)的高差haˊ=10m，而超過下游靜水位的高度應(yīng)為ha〞=h-Δh＝8-0.8＝7.2m。則a點(diǎn)測壓管中的水位高度hw＝haˊ+ha〞=10+7.2=17.2m。所以，a點(diǎn)的孔隙水應(yīng)力為u=γwhw=9.8×17.2=168.56kPa其中由下游靜水位引起的靜孔隙水應(yīng)力為

uˊ=γwhaˊ=9.8×10=98kPa而由滲流引起的超靜孔隙水應(yīng)力為

u〞=γwha〞=9.8×7.2=70.56kPaa點(diǎn)的總應(yīng)力為

σ＝γwh1+γsat(haˊ-h2)2023/1/5第二章土的滲透性a點(diǎn)在第二根等勢線上，因此，該點(diǎn)的測壓管38第二章土的滲透性其中土的飽和重度

γsat＝ρsat×9.8=ρw[1+(ds-1)(1-n)]×9.8＝[1+(2.68-1)(1-0.38)]×9.8＝20kN/m3代入上式得總應(yīng)力為

σ＝9.8×10+20×(10-2)=98+160=258kPa于是，根據(jù)有效應(yīng)力原理，a點(diǎn)的有效應(yīng)力為

σˊ＝σ-u=258-168.56=89.44kPa（2）從圖中直接量得網(wǎng)格1，2，3，4的平均滲徑長度ΔL=8m，而任一網(wǎng)格上的水頭損失均為Δh=0.8m，則該網(wǎng)格的平均水力梯度為

i=Δh/ΔL＝0.8/8=0.1該梯度即近似代表地面1－2處的逸出梯度ie。2023/1/5第二章土的滲透性其中土的飽和重度2022/12/2039第二章土的滲透性流土的臨界水力梯度為

icr=(ds-1)(1-n)=(2.68-1)(1-0.38)=1.04＞ie所以，滲流逸出處1－2不會發(fā)生流土現(xiàn)象。（3）從圖中直接量得網(wǎng)格9，10，11，12的平均滲徑長度ΔL=5.0m，兩流線間的平均距離b=4.4m，網(wǎng)格的水頭損失Δh=0.8m，所以作用在該網(wǎng)格上的滲流力為

J＝γw(Δh/ΔL)bΔL＝γwbΔh＝9.8×0.8×4.4=34.5kN/m2023/1/5第二章土的滲透性流土的臨界水力梯度為2022/12/40EndofChapter2習(xí)題：2－1、2－2、2－4、2－52023/1/5EndofChapter2習(xí)題：2－1、2－2、2－441基馬式滲透儀10cm10cm2023/1/5基馬式滲透儀10cm10cm2022/12/2042南55滲透儀2023/1/5南55滲透儀2022/12/2043第二章土的滲透性2-1概述滲透：由于土體本身具有連續(xù)的孔隙，如果存在水位差的作用，水就會透過土體孔隙而發(fā)生孔隙內(nèi)的流動。土具有被水透過的性能稱為土的滲透性。土的滲透性主要研究：滲流量問題、滲透破壞問題和滲流控制問題土的滲透性問題是指由于水的滲透引起土體內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)的變化或土體、地基本身的結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度等狀態(tài)的變化，從而影響建筑物或地基的穩(wěn)定性或產(chǎn)生有害變形的問題。2023/1/5第二章土的滲透性2-1概述滲透：由于土體本身具有44第二章土的滲透性2-2達(dá)西滲透定律一、滲流的基本概念水頭：根據(jù)伯努利(Bernoulli)方程，有水在土中流速很慢，則水頭差：

2023/1/5第二章土的滲透性2-2達(dá)西滲透定律一、滲流的基本概念45第二章土的滲透性2-2達(dá)西滲透定律二、達(dá)西滲透定律由于土體中的孔隙一般非常微小，水在土體中流動時的粘滯阻力很大、流速緩慢，因此，其流動狀態(tài)大多屬于層流。著名的達(dá)西(Darcy)滲透定律：滲透速度：或滲流量為：2023/1/5第二章土的滲透性2-2達(dá)西滲透定律二、達(dá)西滲透定律246第二章土的滲透性不同的土，滲流速度與水力梯度之間的關(guān)系也不同。砂土如圖（a），為過源點(diǎn)的直線。對粘性土：對礫類土和巨粒土，有2023/1/5第二章土的滲透性不同的土，滲流速度與水力梯度之間47第二章土的滲透性必須指出，求出的滲透速度是一種假想的平均流速，因為它假定水在土中的滲透是通過整個土體截面來進(jìn)行的，而實際上，滲透水僅僅通過土體中的孔隙流動，實際平均流速要比假想的平均流速大很多。它們之間的關(guān)系為：2023/1/5第二章土的滲透性必須指出，求出的滲透速度是一種假48第二章土的滲透性三、達(dá)西滲透定律的適用條件只有當(dāng)滲流為層流的時候才能適用達(dá)西滲透定律。達(dá)西滲透定律的適用界限可以考慮為：滿足達(dá)西滲透定律的土的平均粒徑:

也就是說，對于比粗砂更細(xì)的土來說，達(dá)西滲透定律一般是適用的，而對粗粒土來講，只有在水力坡降很小的情況下才能適用。2023/1/5第二章土的滲透性三、達(dá)西滲透定律的適用條件2022/1249第二章土的滲透性2-3滲透系數(shù)的測定滲透系數(shù)的大小是直接衡量土的透水性強(qiáng)弱的一個重要的力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)。一、實驗室內(nèi)測定滲透系數(shù)就原理而言，可分為：常水頭試驗和變水頭試驗。（一）常水頭法是在整個試驗過程中，水頭保持不變。常水頭法適用于透水性強(qiáng)的無粘性土。土的滲透系數(shù)：下頁所示為基馬式滲透儀2023/1/5第二章土的滲透性2-3滲透系數(shù)的測定50第二章土的滲透性2-3滲透系數(shù)的測定（二）變水頭法在整個試驗過程中，水頭是隨著時間而變化的。變水頭法適用于透水性弱的粘性土。土的滲透系數(shù)：或

下頁為南55型滲透儀2023/1/5第二章土的滲透性2-3滲透系數(shù)的測定（二）變水頭法251第二章土的滲透性2-3滲透系數(shù)的測定二、現(xiàn)場測定滲透系數(shù)在現(xiàn)場打一口試驗井和1~2個觀測孔，根據(jù)觀測孔與試驗井的距離和各自的水位，可以得到：或

2023/1/5第二章土的滲透性2-3滲透系數(shù)的測定二、現(xiàn)場測定滲透52第二章土的滲透性三、影響滲透系數(shù)的主要因素（1）土的粒度成分

（2）土的密實度（3）土的飽和度

（4）

水的溫度

（5）土的結(jié)構(gòu)（6）土的構(gòu)造2023/1/5第二章土的滲透性三、影響滲透系數(shù)的主要因素2022/1253第二章土的滲透性四、成層土的滲透系數(shù)天然沉積土往往由滲透性不同的土層所組成。對于與土層層面平行和垂直的簡單滲流情況，當(dāng)各土層的滲透系數(shù)和厚度為已知時，我們可求出整個土層與層面平行和垂直的平均滲透系數(shù)，作為進(jìn)行滲流計算的依據(jù)。2023/1/5第二章土的滲透性四、成層土的滲透系數(shù)2022/12/2054第二章土的滲透性如圖所示與層面平行的滲流情況。通過整個土層的總滲流量qx應(yīng)為各土層滲流量之總和，即整個土層與層面平行的平均滲流系數(shù)為：2023/1/5第二章土的滲透性如圖所示與層面平行的滲流情況。通過整個土55第二章土的滲透性如圖所示與層面垂直的滲流情況。通過整個土層的總滲流量qy應(yīng)為各土層滲流量之總和，即整個土層與層面垂直的平均滲流系數(shù)為：2023/1/5第二章土的滲透性如圖所示與層面垂直的滲流情56第二章土的滲透性2-4土中的二維滲流和流網(wǎng)一、二維滲流方程當(dāng)滲流場中水頭和流速等不隨時間改變稱為穩(wěn)定滲流?，F(xiàn)從穩(wěn)定滲流場中任取一微分單元體，根據(jù)單位時間流入這個單元體的水量和流出的水量相等，可以得到根據(jù)達(dá)西定律，有代入上式得2023/1/5第二章土的滲透性2-4土中的二維滲流和流網(wǎng)一、二維滲57第二章土的滲透性2-4土中的二維滲流和流網(wǎng)如果土是各向同性的kx等于ky，則上式就是著名的拉普拉斯（Laplace）方程，它是描述穩(wěn)定滲流的基本方程式。通過求解一定邊界條件下拉普拉斯（Laplace）方程，就可求得該條件下的滲流場。2023/1/5第二章土的滲透性2-4土中的二維滲流和流網(wǎng)58第二章土的滲透性二、流網(wǎng)及其特征

流網(wǎng)：流線和等勢線所組成的曲線正交網(wǎng)格。

流線代表滲流的方向，任一點(diǎn)的切線方向代表流速矢量方向。

等勢線是滲流場中勢能或水頭的等值線，在任一條等勢線上各點(diǎn)的總水頭是相等的。對于各向同性的滲透介質(zhì)，流網(wǎng)具有下列特征：（1）流線與等勢線彼此正交；（2）每個網(wǎng)格的長寬比為常數(shù)；（3）相鄰等勢線間的水頭損失相等；（4）各流槽的滲流量相等。2023/1/5第二章土的滲透性二、流網(wǎng)及其特征2022/12/2059第二章土的滲透性2-5滲流力及滲透穩(wěn)定性滲流所引起的穩(wěn)定問題：（1）土體的局部穩(wěn)定問題，又稱為滲透變形問題；（2）整體穩(wěn)定問題（土體或結(jié)構(gòu)失穩(wěn)）。一、滲流力的概念水在土體中流動時，將會引起水頭的損失。這種水頭損失是由于水在土體孔隙中流動時，力圖拖曳土粒而消耗能量的結(jié)果。

滲流力：滲透水流施于單位土體內(nèi)土粒上的拖曳力，也稱滲透力、動水（壓）力。2023/1/5第二章土的滲透性2-5滲流力及滲透穩(wěn)定性滲流所引起的60第二章土的滲透性驗證滲流力存在的流土試驗：當(dāng)容器B提升到一定高度，容器A與容器B內(nèi)水位差達(dá)到一定值時，可以看到砂面出現(xiàn)沸騰那樣的景象，這種現(xiàn)象稱為流土或浮沖、砂沸。滲流力的大小與水力梯度成正比，其作用方向與滲流（或流向）方向一致，是一種體積力。2023/1/5第二章土的滲透性驗證滲流力存在的流土試驗：2022/1261第二章土的滲透性滲流力的大小與水力梯度成正比，其作用方向與滲流（或流向）方向一致，是一種體積力?？紫端疄槊撾x體（1）（2）（3）（4）土粒對水流的總阻力Fs2023/1/5第二章土的滲透性滲流力的大小與水力梯度成正比，其作用方向62第二章土的滲透性滲流力的大小與水力梯度成正比，其作用方向與滲流（或流向）方向一致，是一種體積力。沿水流方向力的平衡因為2023/1/5第二章土的滲透性滲流力的大小與水力梯度成正比，其作用方向63第二章土的滲透性對土體而言，以土體為脫離體，其受到的力有：邊界上土粒間傳遞的力；邊界上孔隙水傳遞的力；土體自重。滲流問題，存在兩種力的組合：（1）土粒為考察對象：J，W’（滲流力與有效重力）（2）土體為考察對象；W,U（土體的重力與孔隙水壓力）2023/1/5第二章土的滲透性對土體而言，以土體為脫離體，其受到的力有64第二章土的滲透性二、滲透變形（一）滲透變形的形式滲透變形可分為：流土和管涌兩種基本形式。流土：在滲流作用下局部土體表面隆起，或土粒群同時起動而流失的現(xiàn)象。它主要發(fā)生在地基或土壩下游滲流溢出處。管涌：在滲流作用下土體中的細(xì)土粒在粗土粒形成的孔隙通道中發(fā)生移動并被帶出的現(xiàn)象。它主要發(fā)生在砂礫土中。根據(jù)滲透變形，土可細(xì)分為：管涌型土；過渡型土；流土型土。2023/1/5第二章土的滲透性二、滲透變形2022/12/2065第二章土的滲透性（二）土的臨界水力梯度土體抵抗?jié)B透破壞的能力，稱為抗?jié)B強(qiáng)度。通常以瀕臨滲透破壞時的水力梯度表示，一般稱為臨界水力梯度或抗?jié)B梯度。1、流土型土的臨界水力梯度當(dāng)豎向滲流力等于土體的有效重量時，土體就處于流土的臨界狀態(tài)。粘性土發(fā)生流土破壞的機(jī)理與無粘性土不完全相同，因為前者不僅僅是由于滲流力作用的結(jié)果，而且還與土體表面的水化崩解程度（即水穩(wěn)性）以及滲流出口臨空面的孔徑等因素有關(guān)。2023/1/5第二章土的滲透性（二）土的臨界水力梯度粘性土發(fā)生流土破壞66第二章土的滲透性流土一般發(fā)生在滲流逸出處，根據(jù)逸出梯度ie：ie<icr穩(wěn)定ie=icr

臨界ie>icr

流土設(shè)計時要保證：ie<＝[i]=icr/Fs安全2023/1/5第二章土的滲透性流土一般發(fā)生在滲流逸出處，根據(jù)逸出梯度i67第二章土的滲透性2、管涌型土的臨界水力梯度管涌土的臨界水力梯度可通過公式計算，也可以通過試驗來測定。試驗時除了根據(jù)肉眼觀察細(xì)土粒的移動來判斷管涌外，還可借助于水力梯度i與流速v之間的變化來判斷管涌是否出現(xiàn)。（1）公式：（2）肉眼觀察（3）水力梯度i與流速v之間的變化2023/1/5第二章土的滲透性2、管涌型土的臨界水力梯度（1）公式：（68第二章土的滲透性3.臨界水力梯度的試驗資料（1）臨界水力梯度與不均勻系數(shù)的關(guān)系土的不均勻系數(shù)愈大，臨界水力梯度愈小。（2）臨界水力梯度與細(xì)料含量的關(guān)系2023/1/5第二章土的滲透性3.臨界水力梯度的試驗資料（2）臨界水69第二章土的滲透性（3）臨界水力梯度與滲透系數(shù)的關(guān)系對于不均勻的土，如果透水性強(qiáng)，抵抗?jié)B透變形的能力就差；如果透水性弱，抵抗?jié)B透變形的能力就強(qiáng)。防止?jié)B透變形發(fā)生的措施：（1）減小水力梯度；（2）加蓋壓重、反濾層、減壓井（3）改善級配2023/1/5第二章土的滲透性（3）臨界水力梯度與滲透系數(shù)的關(guān)系對于不70第二章土的滲透性2-6孔隙水應(yīng)力和有效應(yīng)力一、飽和土體中的孔隙水應(yīng)力和有效應(yīng)力把飽和土體中由孔隙水來承擔(dān)或傳遞的應(yīng)力定義為孔隙水應(yīng)力，常以u表示。把通過粒間的接觸面?zhèn)鬟f的應(yīng)力稱為有效應(yīng)力。只有有效應(yīng)力才能使土體產(chǎn)生壓縮（或固結(jié)）和強(qiáng)度。2023/1/5第二章土的滲透性2-6孔隙水應(yīng)力和有效應(yīng)力一、飽和土71第二章土的滲透性2-6孔隙水應(yīng)力和有效應(yīng)力太沙基有效應(yīng)力原理：把通過粒間的接觸面?zhèn)鬟f的應(yīng)力稱為有效應(yīng)力。定義：研究平面總面積A；粒間接觸面積As；孔隙水面積Aw＝（A－As）2023/1/5第二章土的滲透性2-6孔隙水應(yīng)力和有效應(yīng)力太沙基有效72第二章土的滲透性圖為浸沒在水下的飽和土體，設(shè)土面至水面的距離為h1,土的飽和容重為γsat

，則土面下深度為h2的a-a平面上的總應(yīng)力為二、在靜水條件下水平面上的孔隙水應(yīng)力和有效應(yīng)力2023/1/5第二章土的滲透性圖為浸沒在水下的飽和土體，設(shè)土面至水面的73第二章土的滲透性由此可見，在靜水條件下，孔隙水應(yīng)力等于研究平面上單位面積的水柱重量，與水深成正比，呈三角形分布；有效應(yīng)力等于研究平面上單位面積的土柱有效重量，與土層深度成正比，也呈三角形分布，而與超出土面以上靜水位的高低無關(guān)。其中，孔隙水應(yīng)力為于是，根據(jù)有效應(yīng)力原理，a-a平面上的有效應(yīng)力為2023/1/5第二章土的滲透性由此可見，在靜水條件下，孔隙水應(yīng)力等于研74第二章土的滲透性三、在穩(wěn)定滲流作用下水平面上的孔隙水應(yīng)力和有效應(yīng)力圖中表示在水位差作用下發(fā)生由上向下的滲流情況。此時在土層表面b-b上的孔隙水應(yīng)力與靜水情況相同，仍等于γwh1，面a-a平面上的孔隙水應(yīng)力將因水頭損失而減小，其值為2023/1/5第二章土的滲透性三、在穩(wěn)定滲流作用下水平面上的孔隙水應(yīng)力75第二章土的滲透性a-a平面上的總應(yīng)力仍保持不變，等于于是，根據(jù)有效應(yīng)力原理，a-a平面上的有效應(yīng)力為與靜水情況相比，當(dāng)有向下滲流作用時，a-a平面上的總應(yīng)力保持不變，孔隙水應(yīng)力減少了γwh。因而，證明了總應(yīng)力不變的條件下孔隙水應(yīng)力的減少等于有效應(yīng)力的等量增加。2023/1/5第二章土的滲透性a-a平面上的總應(yīng)力仍保持不變，等于于是76第二章土的滲透性向上滲流的情況：與靜水情況相比，當(dāng)有向上滲流作用時，a-a平面上的總應(yīng)力保持不變，孔隙水應(yīng)力增加了γwh，而有效應(yīng)力相應(yīng)地減少了γwh。因而，又一次證明在總應(yīng)力不變的條件下孔隙水應(yīng)力的增加等于有效應(yīng)力的等量減少。a-a平面上的總應(yīng)力a-a平面上的有效應(yīng)力為a-a平面上的孔隙水應(yīng)力2023/1/5第二章土的滲透性向上滲流的情況：與靜水情況相比，當(dāng)有向上77第二章土的滲透性向上滲流的情況：a-a平面上的有效應(yīng)力為流土：2023/1/5第二章土的滲透性向上滲流的情況：a-a平面上的有效應(yīng)力為78第二章土的滲透性四、根據(jù)流網(wǎng)確定孔隙水應(yīng)力按照上述孔隙水應(yīng)力的定義，一旦流網(wǎng)繪出以后，滲流場中任一點(diǎn)的孔隙水應(yīng)力即可由該點(diǎn)的測壓管中的水柱高度(或稱壓力水頭）乘以水的重度得到。當(dāng)計算點(diǎn)位于下游靜水位以下時，按照測壓管中水柱高度算出的孔隙水應(yīng)力是由兩部分組成的：其一是由下游靜水位產(chǎn)生的孔隙水應(yīng)力，通常將這一部分孔隙水應(yīng)力稱為靜孔隙水應(yīng)力；其二是由滲流所引起的，即超過靜水位的那一部分測壓管水柱所產(chǎn)生的孔隙水應(yīng)力,通常將這一部分孔隙水應(yīng)力稱為超靜孔隙水應(yīng)力。注意：土體的超靜孔隙水應(yīng)力除可由滲流產(chǎn)生以外，荷載（動的或靜的）也能夠在土體內(nèi)引起超靜孔隙水應(yīng)力。2023/1/5第二章土的滲透性四、根