土力學(xué)3-土的滲透性

山東科技大學(xué)資環(huán)學(xué)院《土力學(xué)》之第三章土的滲透性本章提要本章特點(diǎn)學(xué)習(xí)要點(diǎn)第三章：土的滲透性土的滲透性和滲透規(guī)律平面滲流及流網(wǎng)滲透力與滲透變形

有嚴(yán)格的理論（水流的一般規(guī)律）有經(jīng)驗(yàn)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把握土是散粒多孔介質(zhì)這一特點(diǎn)§3.1概述§3.2土的滲透性與滲透規(guī)律§3.3平面滲流與流網(wǎng)§3.4滲透力與滲透穩(wěn)定§3.5在靜水和有滲流情況下的空隙水應(yīng)力和有效應(yīng)力

第三章：土的滲透性§3.1概述土體中的滲流土顆粒土中水滲流土是一種碎散的多孔介質(zhì)，其孔隙在空間互相連通。當(dāng)飽和土中的兩點(diǎn)存在能量差時(shí)，水就在土的孔隙中從能量高的點(diǎn)向能量低的點(diǎn)流動(dòng)水在土體孔隙中流動(dòng)的現(xiàn)象稱為滲流土具有被水等液體透過的性質(zhì)稱為土的滲透性透水層不透水層土石壩壩基壩身滲流§3.1概述-滲流問題防滲體壩體浸潤線滲流問題：1.滲流量？2.滲透破壞？3.滲透力？工程實(shí)例板樁圍護(hù)下的基坑滲流§3.1概述-滲流問題滲流問題：1.滲流量？2.滲透破壞？3.滲水壓力？透水層不透水層基坑板樁墻工程實(shí)例滲流問題：1.滲流量Q？2.降水深度？透水層不透水層天然水面水井滲流漏斗狀潛水面Q§3.1概述-滲流問題滲流問題：1.滲流量？2.地下水影響

范圍？渠道、河流滲流§3.1概述-滲流問題原地下水位滲流時(shí)地下水位§3.1概述-滲流問題降雨入滲引起的滑坡滲流問題：1.滲透力？2.入滲過程？事故實(shí)例滲流量揚(yáng)壓力滲水壓力滲透破壞滲流速度滲水面位置擋水建筑物集水建筑物引水結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)工程地下工程邊坡工程滲透特性變形特性強(qiáng)度特性土的滲透特性§3.1概述-土滲流特性§3.1概述§3.2土的滲透性與滲透規(guī)律§3.3平面滲流與流網(wǎng)§3.4滲透力與滲透穩(wěn)定

§3.5在靜水和有滲流情況下的空隙水應(yīng)力和有效應(yīng)力第三章：土的滲透性§3.2土的滲流性與滲透規(guī)律水頭與水力坡降土的滲透試驗(yàn)與達(dá)西定律滲透系數(shù)的測定及影響因素層狀地基的等效滲透系數(shù)土的滲透性與滲透規(guī)律滲流的驅(qū)動(dòng)能量反映滲流特點(diǎn)的定律土的滲透性地基的滲透系數(shù)§3.2土的滲流性與滲透規(guī)律水流動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力水往低處流水往高處“跑”速度v壓力u位置：使水流從位置勢能高處流向位置勢能低處流速：水具有的動(dòng)能壓力：水所具有的壓力勢能也可使水流發(fā)生流動(dòng)位置勢能：mgz壓力勢能：00基準(zhǔn)面質(zhì)量m壓力u流速vz動(dòng)能：總能量：稱為總水頭，是水流動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力單位重量水流的能量：§3.2土的滲流性與滲透規(guī)律水流動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力-水頭§3.2土的滲流性與滲透規(guī)律ABLhAzA基準(zhǔn)面總水頭：單位重量水體所具有的能量位置水頭Z：水體的位置勢能（任選基準(zhǔn)面）壓力水頭u/w：水體的壓力勢能（u孔隙水壓力）流速水頭V2/(2g)：水體的動(dòng)能（對滲流多處于層流≈0）滲流的總水頭：滲流問題的水頭也稱測管水頭，是滲流的總驅(qū)動(dòng)能，滲流總是從水頭高處流向水頭低處A點(diǎn)總水頭：§3.2土的滲流性與滲透規(guī)律水力坡降A(chǔ)BLhAhBzAzBΔh基準(zhǔn)面水力坡降線B點(diǎn)總水頭：二點(diǎn)總水頭差：反映了兩點(diǎn)間水流由于摩阻力造成的能量損失

水力坡降i：單位滲流長度上的水頭損失達(dá)西滲透試驗(yàn)§3.2土的滲流性與滲透規(guī)律LAh1h2QQ透水石1856年達(dá)西(Darcy)在研究城市供水問題時(shí)進(jìn)行的滲流試驗(yàn)或：其中，A是試樣的斷面積又根據(jù)水力學(xué)原理:達(dá)西定律§3.2土的滲流性與滲透規(guī)律達(dá)西定律：在層流狀態(tài)的滲流中，滲透速度v與水力坡降i的一次方成正比，并與土的性質(zhì)有關(guān)滲透系數(shù)k:

反映土的透水性能的比例系數(shù)，其物理意義為水力坡降i＝1時(shí)的滲流速度，單位：cm/s,m/s,m/day滲透速度v：土體試樣全斷面的平均滲流速度，也稱假想滲流速度其中，Vs為實(shí)際平均流速，孔隙斷面的平均流速達(dá)西定律的適用范圍§3.2土的滲流性與滲透規(guī)律適用條件：層流（線性流動(dòng)）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(huì)隨流速增大呈紊流狀態(tài)，滲流不再服從達(dá)西定律?？捎美字Z數(shù)進(jìn)行判斷：0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5達(dá)西定律適用范圍2.01.51.00.50水力坡降流速(m/h)礫石粗砂中砂細(xì)砂極細(xì)砂hwdρvRe=Re＜1時(shí)，達(dá)西定律滿足達(dá)西定律的適用范圍§3.2土的滲流性與滲透規(guī)律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(shí)，達(dá)西定律不再適用，此時(shí)：ivoi0兩種特例對致密的粘性土，存在起始水力坡降i0

？？ivovcri>i0,v=k(i-i0)滲透系數(shù)的測定方法常水頭試驗(yàn)法變水頭試驗(yàn)法井孔抽水試驗(yàn)井孔注水試驗(yàn)§3.2土的滲流性與滲透規(guī)律室內(nèi)試驗(yàn)方法野外試驗(yàn)方法室內(nèi)試驗(yàn)方法-常水頭試驗(yàn)法試驗(yàn)條件:

Δh，A，L=const量測變量:體積V，t§3.2土的滲流性與滲透規(guī)律i=Δh/LV=Qt=vAtv=kihL土樣AVQ適用土類：透水性較大的砂性土室內(nèi)試驗(yàn)方法-變水頭試驗(yàn)法試驗(yàn)條件:Δh變化

A，a，L=const量測變量:h1,

h2

,t§3.2土的滲流性與滲透規(guī)律土樣At=t1h1t=t2h2LQ水頭測管開關(guān)a適用土類：透水性較小

的粘性土土樣At=t1t=t2h1h2LQ水頭測管開關(guān)在tt+dt時(shí)段內(nèi)：

入流量：dVe=-adh出流量：dVo=kiAdt=k(Δh/L)Adt連續(xù)性條件：dVe=dVo

-adh=k(Δh/L)Adthdhtt+dt§3.2土的滲流性與滲透規(guī)律室內(nèi)試驗(yàn)方法-變水頭試驗(yàn)法選擇幾組量測結(jié)果

，計(jì)算相應(yīng)的k，取平均值室內(nèi)試驗(yàn)方法–小結(jié)§3.2土的滲流性與滲透規(guī)律常水頭試驗(yàn)變水頭試驗(yàn)條件已知測定公式取值Δh=constΔh變化Δh，A，LV，t重復(fù)試驗(yàn)后，取均值a，A，LΔh，t不同時(shí)段試驗(yàn)，取均值適用粗粒土粘性土§3.2土的滲流性與滲透規(guī)律現(xiàn)場測定法－抽水試驗(yàn)抽水量Qr1r2h1h2井不透水層試驗(yàn)條件:Q=const量測變量:r=r1，h1=？

r=r2，h2=？

優(yōu)點(diǎn)：可獲得現(xiàn)場較為可靠的平均滲透系數(shù)缺點(diǎn)：費(fèi)用較高，耗時(shí)較長觀察井§3.2土的滲流性與滲透規(guī)律A=2rhi=dh/dr計(jì)算公式：r抽水量Qr1r2h1h2井不透水層dhdrh地下水位≈

測壓管水面現(xiàn)場測定法－抽水試驗(yàn)§3.2土的滲流性與滲透規(guī)律層狀地基的等效滲透系數(shù)等效滲透系數(shù)確立各層土的ki根據(jù)滲流方向確定等效滲流系數(shù)天然土層多呈層狀多個(gè)土層用假想單一土層置換，使得其總體的透水性不變hH1H2H3Hk1k2k3xzq1xq3xq2x1122不透水層§3.2土的滲流性與滲透規(guī)律等效滲透系數(shù):kx已知條件:qx=vxH=kxiHΣqix=ΣkiiiHi達(dá)西定律:等效條件:層狀地基的水平等效滲透系數(shù)層狀地基的垂直等效滲透系數(shù)§3.2土的滲流性與滲透規(guī)律H1H2H3Hhk1k2k3xzv承壓水kzvi=ki(Δhi/Hi)已知條件:達(dá)西定律:等效條件:v=kz(Δh

/H

)等效滲透系數(shù):算例說明按層厚加權(quán)平均，由較大值控制層厚倒數(shù)加權(quán)平均，由較小值控制層狀地基的等效滲透系數(shù)§3.2土的滲流性與滲透規(guī)律H1H2H3Hk1k2k3xz層狀地基的等效滲透系數(shù)§3.2土的滲流性與滲透規(guī)律水平滲流情形垂直滲流情形條件已知等效公式§3.2土的滲流性與滲透規(guī)律小結(jié)水頭與水力坡降滲透試驗(yàn)與達(dá)西定律滲透系數(shù)的測定及影響因素層狀地基的等效滲透系數(shù)總水頭=位置水頭+壓力水頭水頭是滲流的驅(qū)動(dòng)力達(dá)西定律滲透系數(shù)、滲透速度達(dá)西定律的適用條件

常水頭試驗(yàn)變水頭試驗(yàn)抽水試驗(yàn)水平等效滲透系數(shù)垂直等效滲透系數(shù)作業(yè)1、2、當(dāng)基坑底面積為20m×10m，如果忽略基坑周邊的入滲，試求為保持基坑水深1m需要的抽水量。（粉質(zhì)粘土層k=1.5×10-6cm/s）§3.1概述§3.2土的滲透性與滲透規(guī)律

§3.3平面滲流與流網(wǎng)§3.4滲透力與滲透穩(wěn)定

§3.5在靜水和有滲流情況下的空隙水應(yīng)力和有效應(yīng)力第三章：土的滲透性和滲流問題平面滲流的基本方程及求解流網(wǎng)的繪制及應(yīng)用平面問題：滲流剖面和產(chǎn)生滲流的條件沿某一個(gè)方向不發(fā)生變化，則在垂直該方向的各個(gè)平面內(nèi)，滲流狀況完全一致。

對平面問題，常取dy=1m單位寬度的一片來進(jìn)行分析§3.3平面滲流與流網(wǎng)h=h(x,z),v=v(x,z)與時(shí)間無關(guān)穩(wěn)定滲流：流場不隨時(shí)間發(fā)生變化的滲流Δh平面穩(wěn)定滲流§3.3平面滲流與流網(wǎng)滲流的連續(xù)性方程單位時(shí)間流入單元的水量:滲流的連續(xù)性方程：單位時(shí)間內(nèi)流出單元的水量:連續(xù)性條件:dxdzvxvzxz滲流的運(yùn)動(dòng)方程達(dá)西定律：滲流的連續(xù)性方程：滲流的運(yùn)動(dòng)方程：§3.3平面滲流與流網(wǎng)特例：各向同性均質(zhì)土體kx=kzLaplace方程，描述滲流場內(nèi)水頭的分布，是平面穩(wěn)定滲流的基本方程§3.3平面滲流與流網(wǎng)數(shù)學(xué)解析法或近似解析法：求取滲流運(yùn)動(dòng)方程在特定邊界條件下的理論解，或者在一些假定條件下，求其近似解數(shù)值解法：有限元、有限差分、邊界元法等，近年來得到迅速地發(fā)展電模擬試驗(yàn)法：利用電場來模擬滲流場，簡便、直觀，可以用于二維問題和三維問題流網(wǎng)法：簡便快捷，具有足夠的精度，可分析較復(fù)雜斷面的滲流問題滲流分析的方法流網(wǎng)及其特性流線和等勢線正交流網(wǎng)中每一網(wǎng)格的邊長比為常數(shù)，通常取為1流網(wǎng)中相鄰等勢線間的勢函數(shù)（水頭）差不變各流槽的滲流量相等在流場中，流線和等勢線（等水頭線）組成的網(wǎng)格稱為流網(wǎng)§3.3平面滲流與流網(wǎng)H=H1-H20H1H2不透水層lsabcdefghH=H1-H20H1H2不透水層f流網(wǎng)的應(yīng)用§3.3平面滲流與流網(wǎng)測管水頭h確定流速確定流量水力坡降hhhH1-hH1H1-2hqqqq流道數(shù)小結(jié)平面滲流的基本方程及求解流網(wǎng)的繪制及應(yīng)用連續(xù)性方程運(yùn)動(dòng)方程求解方法流網(wǎng)及特性流網(wǎng)的應(yīng)用§3.3平面滲流與流網(wǎng)§3.1概述§3.2土的滲透性與滲透規(guī)律

§3.3平面滲流與流網(wǎng)§3.4滲透力與滲透穩(wěn)定

§3.5在靜水和有滲流情況下的空隙水應(yīng)力和有效應(yīng)力第三章：土的滲透性和滲流問題滲透力臨界水力坡降滲透變形（滲透破壞）§3.4滲透力與滲透變形滲透力-試驗(yàn)觀察Δh=0靜水中，土骨架會(huì)受到浮力作用。Δh>0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)的孔隙水對土骨架產(chǎn)生一個(gè)摩擦、拖曳力,即滲透力h1Δhh200hwL土樣濾網(wǎng)貯水器ab滲透力j：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§3.4滲透力與滲透變形滲透力-試驗(yàn)觀察h1Δhh200hwL土樣濾網(wǎng)貯水器ab土粒滲流滲透力j：體積力滲透力j：單位土體內(nèi)土骨架所受到的滲透水流的拖曳力截面積

A=1§3.4滲透力與滲透變形h200hwL土樣濾網(wǎng)貯水器ab滲透力-受力分析WW=Lsat

＝L(

+

w)P1

=whwP2

=wh2R=?R+P2=W+P1R+wh2=L(+w)+whw

R=L土水整體受力分析-靜水§3.4滲透力與滲透變形滲透力-受力分析截面積

A=1WW=Lsat

＝L(

+

w)P1

=whwP2

=wh1R=?R+P2=W+P1R+wh1=L(+w)+whw

R=L-wh土水整體受力分析-滲流h1Δhh200hwL土樣濾網(wǎng)貯水器ab§3.4滲透力與滲透變形滲透力-受力分析R=L-wh土水整體受力分析-對比h1Δhh200hwL土樣濾網(wǎng)貯水器ab靜水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R=L減少的部分由誰承擔(dān)？總滲透力：J=wh滲透力j：單位土體內(nèi)土骨架所受到的滲透水流的拖曳力j=J/V=wh

/L=wi向上滲流存在時(shí)，濾網(wǎng)支持力減少。當(dāng)濾網(wǎng)支持力為零時(shí)的水力坡降稱為臨界水力坡降icr，它是土體開始發(fā)生流土破壞時(shí)的水力坡降：§3.4滲透力與滲透變形滲透力-受力分析滲透力-受力分析R=L-wh=0臨界水力坡降h1Δhh200hwL土樣濾網(wǎng)貯水器abicr=h/L=/w由于icr取決于土的物理性質(zhì)=

+WWWw土水=土骨架+孔隙水JRJP1P2P1P2R土水隔離受力分析§3.4滲透力與滲透變形滲透力-受力分析滲透力-受力分析R=L-wh土骨架受力分析：有效重量：W=L總滲透力：J=Lj濾網(wǎng)的反力：R

孔隙水受力分析：水壓力：P1=whw

P2=wh1總滲透力：J=J水重+浮力反力：

Ww=Vvw+Vsw=Lw孔隙水受力平衡j=wi土骨架受力平衡滲透力的性質(zhì)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，它是一種體積力大小：

j=wi方向：與水力坡降方向一致作用對象：土骨架§3.4滲透力與滲透變形§3.4滲透力與滲透變形土工建筑物及地基由于滲流作用而出現(xiàn)的變形或破壞稱為滲透變形或滲透破壞。滲透變形是土工建筑物發(fā)生破壞的常見類型基本類型：管涌流土接觸流土接觸沖刷滲透變形單一土層滲透變形的兩種基本型式§3.4滲透力與滲透變形滲透變形-流土流土：在向上的滲透作用下，表層局部范圍內(nèi)的土體或顆粒群同時(shí)發(fā)生懸浮、移動(dòng)的現(xiàn)象。任何類型的土，只要水力坡降達(dá)到一定的大小，都可發(fā)生流土破壞粘性土k1<<k2砂性土k2壩體滲流原因：與土的密實(shí)度有關(guān)壩體§3.4滲透力與滲透變形滲透變形–管涌原因內(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(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滲流過程演示1.在滲透水流作用下，細(xì)顆粒在粗顆粒形成的孔隙中移動(dòng)流失2.孔隙不斷擴(kuò)大，滲流速度不斷增加，較粗顆粒也相繼被水帶走3.形成貫穿的滲流通道，造成土體塌陷§3.4滲透力與滲透變形流土與管涌的比較流土土體局部范圍的顆粒同時(shí)發(fā)生移動(dòng)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(dòng)等現(xiàn)象位置土類歷時(shí)后果土體內(nèi)細(xì)顆粒通過粗粒形成的孔隙通道移動(dòng)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)發(fā)生塌陷或潰口§3.4滲透力與滲透變形Fs:安全系數(shù)2.0~3.5[i]:允許坡降i<icr:土體處于穩(wěn)定狀態(tài)i=

icr:土體處于臨界狀態(tài)i>icr:土體發(fā)生流土破壞工程設(shè)計(jì)：流土可能性的判別在自下而上的滲流逸出處，任何土，包括粘性土和無粘性土，只要滿足滲透坡降大于臨界水力坡降這一水力條件，均要發(fā)生流土：§3.4滲透力與滲透變形土是否會(huì)發(fā)生管涌，取決于土的性質(zhì)：粘性土（分散性土例外）屬于非管涌土無粘性土中發(fā)生管涌必須具備相應(yīng)的幾何條件和水力條件管涌可能性的判別§3.4滲透力與滲透變形較均勻土（Cu10）幾何條件

水力條件無粘性土管涌的判別級配孔隙及細(xì)粒判定非管涌土粗顆粒形成的孔隙小于細(xì)顆粒不均勻土（Cu>10）不連續(xù)連續(xù)d0=0.63nd20細(xì)粒含量>35%細(xì)粒含量<25%細(xì)粒含量=25-35%d0

<d3d0

>d5d0=d3-d5管涌土過渡型土非管涌土非管涌土管涌土過渡型土P(%)lgd骨架充填料發(fā)生管涌的必要條件：粗顆粒所構(gòu)成的孔隙直徑大于細(xì)顆粒直徑§3.4滲透力與滲透變形幾何條件

水力條件無粘性土管涌的判別滲透力能夠帶動(dòng)細(xì)顆粒在孔隙間滾動(dòng)或移動(dòng)?？捎霉苡颗R界水力坡降表示051015202530351.51.00.50icrCu流土過渡管涌水力坡降級配連續(xù)土級配不連續(xù)土破壞坡降icr0.20-0.400.1-0.3允許坡降[i]0.15-0.250.1-0.2伊斯托敏娜（蘇）中國學(xué)者Cu>20時(shí),icr=0.25-0.30，考慮安全系數(shù)后：

[i]=0.10-0.15透水層不透水層防滲體壩體浸潤線滲透變形的防治措施減小i：延長滲徑降低水頭增大[i]：下游增加蓋重

§3.4滲透力與滲透變形改善幾何條件：設(shè)反濾層等

改善水力條件：減小滲透坡降防治流土防治管涌小結(jié)§3.4滲透力與滲透變形工程實(shí)例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透試驗(yàn)與達(dá)西定律滲透系數(shù)的測定及影響因素層狀地基的等效滲透系數(shù)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(jì)算滲透變形：類型、條件、防治§3.1概述§3.2土的滲透性與滲透規(guī)律

§3.3平面滲流與流網(wǎng)§3.4滲透力與滲透變形

§3.5在靜水和有滲流情況下的空隙水應(yīng)力和有效應(yīng)力第三章：土的滲透性和滲流問題太沙基

（KarlTerzaghi)(1883-1963)太沙基–土力學(xué)的奠基人1921-1923年提出土的有效應(yīng)力原理和土的固結(jié)理論，1925年出版經(jīng)典著作《土力學(xué)》，首次將各種土工問題歸納成為系統(tǒng)的有科學(xué)依據(jù)的計(jì)算理論，奠定了他作為土力學(xué)創(chuàng)始人的地位§3.5對所受總應(yīng)力，骨架和孔隙流體如何分擔(dān)？它們?nèi)绾蝹鬟f和相互轉(zhuǎn)化？它們對土的變形和強(qiáng)度有何影響？外荷載總應(yīng)力土體是由固體顆粒骨架、孔隙流體（水和氣）三相構(gòu)成的碎散材料，受外力作用后，總應(yīng)力由土骨架和孔隙流體共同承受Terzaghi的有效應(yīng)力原理和固結(jié)理論有效應(yīng)力原理§3.5外荷載總應(yīng)力飽和土中的應(yīng)力形態(tài)飽和土是由固體顆粒骨架和充滿其間的水組成的兩相體。受外力后，總應(yīng)力分為兩部分承擔(dān)：由土骨架承擔(dān)，并通過顆粒之間的接觸面進(jìn)行應(yīng)力的傳遞，稱之為粒間應(yīng)力有由孔隙水來承擔(dān)，通過連通的孔隙水傳遞，稱之為孔隙水壓力?？紫端荒艹袚?dān)剪應(yīng)力，但能承受法向應(yīng)力§3.5外荷載總應(yīng)力AaaPsv接觸點(diǎn)PsA：Aw：As：土單元的斷面積顆粒接觸點(diǎn)的面積孔隙水的斷面積a-a斷面豎向力平衡：有效應(yīng)力σ1飽和土有效應(yīng)力原理§3.5甲乙松散砂土中兩種應(yīng)力試驗(yàn)鋼球水由鋼球施加的應(yīng)力，通過砂土的骨架傳遞的部分，稱為有效應(yīng)力（σ），這種應(yīng)力能使土層發(fā)生壓縮變形由水施加的應(yīng)力通過孔隙中水來傳遞，稱為孔隙水壓力（u），這種應(yīng)力不會(huì)不能使土層發(fā)生壓縮變形§3.5飽和土的有效應(yīng)力原理飽和土體內(nèi)任一平面上受到的總應(yīng)力可分為兩部分σ和u，并且：土的變形與強(qiáng)度都只取決于有效應(yīng)力一般地，有效應(yīng)力總應(yīng)力已知或易知孔隙水壓測定或計(jì)算§3.5有效應(yīng)力原理的討論孔隙水壓力的作用有效應(yīng)力的作用討論它在各個(gè)方向相等，只能使土顆粒本身受到等向壓力，不會(huì)使土顆粒移動(dòng)，導(dǎo)致孔隙體積發(fā)生變化。由于顆粒本身壓縮模量很大，故土粒本身壓縮變形極小水不能承受剪應(yīng)力，對土顆粒間摩擦、土粒的破碎沒有貢獻(xiàn)因而孔隙水壓力對變形強(qiáng)度沒有直接影響，稱為中性應(yīng)力§3.5有效應(yīng)力原理的討論孔隙水壓力的作用有效應(yīng)力的作用討論是土體發(fā)生變形的原因：顆粒間克服摩擦相對滑移、滾動(dòng)以及在接觸點(diǎn)處由于應(yīng)力過大而破碎均與有關(guān)是土體強(qiáng)度的成因：土的凝聚力和粒間摩擦力均與有關(guān)§3.5有效應(yīng)力原理的討論孔隙水壓力的作用有效應(yīng)力的作用討論討論：海底與土粒間的接觸壓力哪一種情況下大？1mσz=u=0.01MPa104mσz=u=100MPa§3.5§3.5孔隙水壓力和有效應(yīng)力計(jì)算靜水條件穩(wěn)定滲流條件地下水位海洋土向上滲流向下滲流§3.5H1H2地面地下水位靜水條件：地下水位總應(yīng)力：單位土柱和水柱的總重量σ=H1+satH2孔隙水壓力：凈水壓強(qiáng)u=wH2有效應(yīng)力：σ=-u=H1+(sat-w)H2

=H1+H2σ=σ-uu=wH2u=wH2H1A（-)H’1地面A地下水位靜水條件：水位下降總應(yīng)力：σ=H’1+satH2孔隙水壓力：u=wH2有效應(yīng)力：σ=-u地下水位下降會(huì)引起σ增大，土?xí)a(chǎn)生壓縮，這是城市抽水引起地面沉降的一個(gè)主要原因H’1H2u=wH2σ=σ-u(-)u=wH2地下水位下降引起σ增大的部分§3.5靜水條件：海洋土總應(yīng)力：單位土柱和水柱的總重量σ=wH1+satH2孔隙水壓力：凈水壓強(qiáng)u=w(H1+H2)有效應(yīng)力：σ=-u=H2H1H2=-uu=w(H1+H2)地面水位wH1Au=w(H1+H2)(-)§3.5§3.5穩(wěn)定滲流條件：HΔh砂層（排水）sat向下滲流HΔh砂層(承壓水)粘土層sat向上滲流§3.5穩(wěn)定滲流條件：向上滲流AHΔh砂層(承壓水)sat向上滲流土水整體分析總應(yīng)力：單位土柱和水柱的總重量σ=satH孔隙水壓力：凈水壓強(qiáng)u=w(H+h)有效應(yīng)力：σ=-u

=satH-

wH-wh=H-wh滲透壓力，向上滲流使得有效應(yīng)力減小§3.5穩(wěn)定滲流條件：向下滲流A土水整體分析總應(yīng)力：σ=satH孔隙水壓力：u=w(H-h)有效應(yīng)力：σ=-u

=satH-

wH+wh=H+whHhsat向下滲流砂層（排水）滲透壓力，向下滲流使得有效應(yīng)力增加可導(dǎo)致土層發(fā)生壓密變形，稱滲流壓密根據(jù)流網(wǎng)確定孔隙水壓力