土力學(xué)教案-土滲透性

§3.2土的滲透性相互關(guān)聯(lián)相互影響

土的強度土的變形土的滲流滲透性研究的三個方面滲流量問題

滲透破壞問題

滲流控制問題滲透性土體具有被液體透過的性質(zhì)

滲透在水位（頭）差作用下，水透過土體孔隙的現(xiàn)象

滲流模型基本假定：不考慮滲流路徑的迂回曲折，只分析它的主要流向；圖3-1滲流模型

認(rèn)為孔隙和土粒所占的空間之總和均為流體所充滿。3.2.1滲流模型相同體積內(nèi)，滲流模型所受阻力與真實滲流相等。同一過水?dāng)嗝妫瑵B流模型的流量等于真實滲流的流量；任一斷面上，滲流模型壓力與真實滲流壓力分布相同；為使?jié)B流模型在滲流特征上與真實的滲流相一致，需符合以下要求：滲流速度斷面面積為A，通過的滲透流流量為q，則平均流速為：v=q/A真實滲流僅發(fā)生在孔隙面積A內(nèi)，因此真實流速為：v0=q/A于是

v/v0=A/A=n

“模型的平均流速要小于真實流速”3.2.2土的滲透定律z為位置水頭，是相對于基準(zhǔn)面的高差。u為壓力V為水的速度注：基準(zhǔn)面可以任意選定基準(zhǔn)面基準(zhǔn)面基準(zhǔn)面1、伯努利方程1856年法國學(xué)者Darcy對砂土的滲透性進(jìn)行研究結(jié)論：水在土中的滲透速度與試樣的水力梯度成正比v=ki達(dá)西定律水力梯度，即沿滲流方向單位距離的水頭損失

2、達(dá)西定律i=h/L

k滲透系數(shù)cm/s砂土的滲透速度與水力梯度呈線性關(guān)系

v=kiivO砂土

v=ki

q=kAik是反映土體透水能力大小的綜合性指標(biāo)k越大土的透水能力越強

i=h/L達(dá)西定律適用范圍與起始水力坡降密實的粘土，需要克服結(jié)合水的粘滯阻力后才能發(fā)生滲透;同時滲透系數(shù)與水力坡降的規(guī)律還偏離達(dá)西定律而呈非線性關(guān)系i

o起始水力坡降虛直線簡化達(dá)西定律適用于層流，不適用于紊流0iv密實粘土V=k(i-i0)3.2.3滲透試驗與滲透系數(shù)1、室內(nèi)試驗測定法時間t內(nèi)流出的水量常水頭試驗—整個試驗過程中水頭保持不變

適用于透水性大（k>10-3cm/s）的土，例如砂土。

Q=qtk=QL/Aht變水頭試驗————整個試驗過程水頭隨時間變化

截面面積a任一時刻t的水頭差為h，經(jīng)時段dt后，細(xì)玻璃管中水位降落dh，在時段dt內(nèi)流經(jīng)試樣的水量dQ=－adh

在時段dt內(nèi)流經(jīng)試樣的水量

dQ=kiAdt=kAh/Ldt

管內(nèi)減少水量＝流經(jīng)試樣水量

－adh=kAh/Ldt

分離變量

積分

適用于透水性差，滲透系數(shù)小的粘性土

2、現(xiàn)場抽水試驗r1和r2為觀測孔與抽水井之間的距離，h1和h2為觀測孔的水位高度。水力坡降：距井中心為r處水流經(jīng)過的面積為代入達(dá)西定律：出水q為正，基準(zhǔn)面在底面抽水試驗——潛水井公式或（1）與層面平行的滲流的情況(水平滲透系數(shù))H1H2H3k1k2k3Hq1xq2xq3xqx通過整個土層的總滲流量qx應(yīng)為各土層滲流量之總和

3、成層土的等效滲透系數(shù)(2)垂直滲透系數(shù)

H1H2H3k1k2k3H根據(jù)水流連續(xù)定理，通過整個土層的滲流量等于通過各土層的滲流量

q3yq2yq1yqy各土層的相應(yīng)的水力坡降為i1、i2、…、in，總的水力坡降為i

總水頭損失等于各層水頭損失之和

代入H1H2H3k1k2k3Hq1xq2xq3xqx達(dá)西定律整個土層與層面平行的滲透系數(shù)

水平滲透系數(shù)H1H2H3k1k2k3H垂直滲透系數(shù)q3yq2yq1yqy整個土層與層面垂直的滲透系數(shù)

=

n

Hi=1

Kiy

HiKx近似由最不透水(最小)的一層滲透系數(shù)和厚度控制由最透水(最大)的一層滲透系數(shù)和厚度控制=

HKiy

n

i=1

Ky近似水平向Kx>垂直向Ky成層土:

Hi3.2.4影響滲透系數(shù)的主要因素(1)土的粒度成分土粒愈粗、大小愈均勻、形狀愈圓滑，滲透系數(shù)愈大細(xì)粒含量愈多，土的滲透性愈小，(2)土的密實度

土的密實度增大，孔隙比降低，土的滲透性也減小土愈密實滲透系數(shù)愈小

土的飽和度愈低，滲透系數(shù)愈小

(4)土的結(jié)構(gòu)

擾動土樣與擊實土樣，土的滲透性比同一密度原狀土樣的小

(3)土的飽和度

(5)水的溫度(水的動力粘滯系數(shù)