土力學(xué)第三章土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律內(nèi)容豐富

第三章土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律本章要點(diǎn)Darcy滲流定律及其應(yīng)用；滲透系數(shù)的測(cè)定方法；影響土的滲透性的主要因素；動(dòng)水力（滲流力）的概念和計(jì)算方法；流砂、管涌的概念及發(fā)生的判別方法；土中水的運(yùn)動(dòng)原因和形式土的滲透性問題：重力作用下的地下水的流動(dòng)；土的固結(jié)問題：在土中附加應(yīng)力作用下孔隙水的擠出；土的毛細(xì)現(xiàn)象：由于表面現(xiàn)象產(chǎn)生的水分移動(dòng)；在土顆粒的分子引力作用下結(jié)合水的移動(dòng)：如凍結(jié)時(shí)土中水分的移動(dòng)；由于孔隙水溶液中離子濃度的差別所產(chǎn)生的滲透吸附現(xiàn)象。與土中水的運(yùn)動(dòng)有關(guān)的工程問題流砂，管涌?jī)雒洕B透固結(jié)滲流時(shí)的邊坡穩(wěn)定第一節(jié)土的毛細(xì)現(xiàn)象毛細(xì)現(xiàn)象土中水在表面張力作用下，沿著細(xì)微的孔隙向上及向其它方向移動(dòng)的現(xiàn)象。毛細(xì)現(xiàn)象對(duì)工程的影響毛細(xì)水的上升是引起路基凍害的因素之一；毛細(xì)水的上升會(huì)引起房屋建筑的地下室過分潮濕；毛細(xì)水的上升可能引起土地的沼澤化和鹽漬化。土層中的毛細(xì)水帶土層中由于毛細(xì)現(xiàn)象所濕潤(rùn)的范圍稱為毛細(xì)水帶。根據(jù)形成條件和分布狀況，毛細(xì)水帶可分為三種：正常毛細(xì)水帶毛細(xì)網(wǎng)狀水帶毛細(xì)懸掛水帶正常毛細(xì)水帶又稱毛細(xì)飽和帶。位于毛細(xì)水帶的下部，與地下潛水連通。主要由潛水面直接上升而形成，幾乎充滿全部孔隙。隨著地下水位的升降而作相應(yīng)的移動(dòng)。毛細(xì)網(wǎng)狀水帶位于毛細(xì)水帶的中下部，呈網(wǎng)狀分布。可以在表面張力和重力作用下移動(dòng)。毛細(xì)懸掛水帶位于毛細(xì)水帶的上部。由地表水滲入而形成，懸掛在土顆粒之間，不與中下部的毛細(xì)水相連。當(dāng)?shù)乇碛写髿饨邓a(bǔ)給時(shí)，在重力作用下向下移動(dòng)。毛細(xì)水帶的產(chǎn)產(chǎn)生毛細(xì)水帶的產(chǎn)產(chǎn)生取決于當(dāng)當(dāng)?shù)氐乃牡氐刭|(zhì)條件。當(dāng)?shù)叵滤缓芎芨邥r(shí)，可能能只有正常毛毛細(xì)水帶，而而沒有毛細(xì)懸懸掛水帶和毛毛細(xì)網(wǎng)狀水帶帶。當(dāng)?shù)叵滤惠^較低時(shí)，可能能同時(shí)產(chǎn)生三三個(gè)毛細(xì)水帶帶。毛細(xì)水帶內(nèi)含含水量的變化化在毛細(xì)水帶內(nèi)內(nèi)，土的含水水量隨著深度度的減小而減減小，但到達(dá)毛細(xì)懸懸掛水帶后，，土的含水量量隨著深度的的減小而增大大。毛細(xì)水的上升升高度作用在毛細(xì)水水柱上的上舉舉力表面張力第二節(jié)土土的滲透性內(nèi)容提提要滲流模型土中水滲透定定律土滲透性的影影響因素工程應(yīng)用（動(dòng)動(dòng)水力，流砂砂，管涌）土中水的滲流流：在水頭差作用用下，土體中中的自由水通通過土體孔隙隙通道發(fā)生流流動(dòng)的現(xiàn)象。。土的滲透性：：土能讓水等流流體通過的性性質(zhì)。與滲透性相關(guān)關(guān)的工程問題題基坑開挖排水水修筑滲水路堤堤飽和粘性土地地基的沉降施工降水地下水開采土石壩及堤岸岸的穩(wěn)定性滲流模型對(duì)滲流的簡(jiǎn)化化：不考慮滲流路路徑的迂回曲曲折，只分析析它的主要流流向；不考慮土體中中顆粒的影響響，認(rèn)為孔隙隙和土顆粒所所占的空間之之總和均為滲滲流所充滿。水在孔隙中的的真實(shí)運(yùn)動(dòng)軌軌跡理想化的滲流流模型對(duì)滲流模型的的要求在同一過水?dāng)鄶嗝妫瑵B流模模型的流量等等于真實(shí)滲流流的流量；在任一界面上上，滲流模型型的壓力與真真實(shí)滲流的壓壓力相等；在相同體積內(nèi)內(nèi)，滲流模型型所受到的阻阻力與真實(shí)滲滲流所受到的的阻力相等。。平均流速與真真實(shí)流速滲流模型的平平均流速F—過水?dāng)嗝婷娣e積（m2）q—滲流流量（m3/s）真實(shí)流速ΔF—過水?dāng)嗝鍲真實(shí)滲滲流僅僅發(fā)生生在孔孔隙面面積△F內(nèi)平均流流速與與真實(shí)實(shí)流速速n<1.0v<v0滲流模模型的的平均均流速速小于于真實(shí)實(shí)的滲滲流流流速土的層層流滲滲透定定律土體中中孔隙隙一般般較小小，水水在孔孔隙中中滲流流時(shí)的的粘滯滯阻力力很大大，流流速緩緩慢。。層流：水水流流線線互相平平行的流流動(dòng)。層流滲透透定律層流達(dá)西（Darcy）定律層流的滲滲透速度度與水頭頭梯度成成正比達(dá)西定律律v—滲透速度度（m/s）k—滲透系數(shù)數(shù)（m/s）q—滲透流量量（m3/s）I—水頭梯度度達(dá)西定律律水頭梯度度I：沿著水流流方向單單位長(zhǎng)度度上的水水頭差。。a、b兩點(diǎn)的水水頭梯度度:滲透流量量q：?jiǎn)挝粫r(shí)時(shí)間內(nèi)流流過土截截面積F的流量。。土的滲透系數(shù)數(shù)參考值土的類別滲透系數(shù)（m/s）粘土<5×10-8粉質(zhì)粘土5×10-8～1×10-6粉土1×10-6～5×10-6黃土2.5×10-6～5×10-6粉砂5×10-6～1×10-5土的類別滲透系數(shù)（m/s）細(xì)砂1×10-5～5×10-5中砂5×10-5～2×10-4粗砂2×10-4～5×10-4圓礫5×10-4～1×10-3卵石1×10-3～5×10-3土的滲透系數(shù)數(shù)參考值達(dá)西定律律的適用用范圍達(dá)西定律律只適用用于層流的情況，，一般只只適用于于中砂、、細(xì)砂、、粉砂等等土類中中水的滲滲流。對(duì)于粗砂砂、礫石石、卵石石等粗顆顆粒土，，水的滲滲流速度度較大，，不再是是層流而而是紊流，達(dá)西定定律不再再適用。。對(duì)于粘土土中水的的滲流，，達(dá)西定定律需進(jìn)進(jìn)行修正正。粘土的滲滲透規(guī)律律粘土中自自由水的的滲流受受到結(jié)合合水的粘粘滯作用用所產(chǎn)生生的很大大阻力，，只有克克服結(jié)合合水的粘粘滯作用用才能開開始滲流流。克服結(jié)合合水的粘粘滯作用用所需要要的初始始水頭梯梯度，稱稱為粘土土的起始水頭頭梯度I0。粘土中的的達(dá)西定定律：砂土土粘土土的滲土的滲透系數(shù)數(shù)的測(cè)定方室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)定常水頭試驗(yàn)變水頭試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)常水頭滲透試試驗(yàn)在整個(gè)試驗(yàn)過過程中，土樣樣的壓力水頭頭ΔH保持不變。適用于透水性性強(qiáng)的無粘性性土。滲透系數(shù)：常水頭滲透試試驗(yàn)變水頭滲透試試驗(yàn)試驗(yàn)過程中儲(chǔ)儲(chǔ)水管中的水水位不斷下降降，水頭不斷斷減小。適用于透水性性弱的粘性土土。變水頭滲透試試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)驗(yàn)用于粗顆粒土土或成層土抽水井類型無壓完整井無壓非完整井井無壓完整井：現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)驗(yàn)無壓非完整井井：現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)驗(yàn)成層土的滲透透系數(shù)水平滲流：水平向的平均均滲透系數(shù)：：豎向滲流：豎向平均滲透透系數(shù)：成層土的滲透透系數(shù)影響土的滲透透性的因素土的粒度成分分及礦物成分分結(jié)合水膜的厚厚度土的結(jié)構(gòu)構(gòu)造造水的粘滯度動(dòng)水力及滲流流破壞水在土中滲流流時(shí)，受到土土顆粒的阻力力T的作用，這個(gè)個(gè)力的作用方方向是與水流流方向相反的的，水流必然然有一個(gè)相等等的力作用在在土顆粒上。。把水流作用在在單位體積土土體中土顆粒粒上的力稱為為動(dòng)水力GD（kN/m3），也稱為滲流力。動(dòng)水力的作用用方向與水流流方向一致。。動(dòng)水力與阻力力T大小相等，方方向相反，都都用體積力表表示。動(dòng)水力的計(jì)算算水流的流速變變化很小，慣慣性力可以忽忽略不計(jì)土柱隔離體體內(nèi)水的受受力—作用在土柱柱隔離體截截面a處的水壓力力，其方向向與水流方方向一致；；—作用在土柱柱隔離體截截面b處的水壓力力，其方向向與水流方方向相反；；—土柱隔離體體內(nèi)水的重重力，其方方向?yàn)樨Q直直向下；動(dòng)水力的計(jì)計(jì)算動(dòng)水力的計(jì)計(jì)算—土柱隔離體體內(nèi)土顆粒粒作用于水水的力（水水對(duì)土顆粒粒作用的浮浮力的反作作用力），，其方向?yàn)闉樨Q直向下下；—水滲流時(shí)，，土柱隔離離體中的土土顆粒對(duì)水水的阻力，，其方向與與水流方向向相反。土柱隔離體體內(nèi)水的受受力土柱隔離體體內(nèi)水的力力平衡方程程動(dòng)水力的計(jì)計(jì)算動(dòng)水力的計(jì)計(jì)算公式動(dòng)水力的計(jì)計(jì)算動(dòng)水力表示示的是水流流對(duì)單位體體積土體顆顆粒的作用用力，是由由水流的外外力轉(zhuǎn)化為為均勻分布布的體積力力，普遍作作用于滲流流場(chǎng)中所有有的土顆粒粒骨架上。。動(dòng)水力的大大小與水頭頭梯度成正正比，方向向與滲流的的方向一致致。滲流方向?qū)?duì)土顆粒間間作用力的的影響當(dāng)水的滲流流由上向下下時(shí)，動(dòng)水水力的方向向與土體重重力方向一一致，使土顆粒之之間的接觸觸壓力增大大；當(dāng)水的滲流流由下向上上時(shí)，動(dòng)水水力的方向向與土體重重力方向相相反，使土顆粒之之間的接觸觸壓力減小小。當(dāng)向上的動(dòng)水水力GD與土的有效效重度相等等時(shí)，即土顆粒間的的壓力就等等于零，土土顆粒處于于懸浮狀態(tài)態(tài)而失去穩(wěn)穩(wěn)定。臨界水頭梯梯度Icr：容許水頭梯梯度：安全系數(shù)土的滲透破破壞與防治治措施土的滲透破破壞：由于水的滲滲流作用引引起的土工工建筑物和和地基的破破壞。土的滲透破破壞的主要要形式：流砂管涌土的滲透破破壞與防治治措施流砂流砂：在向向上的滲透透水流作用用下，表層層土局部范范圍內(nèi)的土土體或顆粒粒群同時(shí)發(fā)發(fā)生懸浮和和流動(dòng)的現(xiàn)現(xiàn)象。主要發(fā)生在在地基或土土壩下游的的滲流溢出出處。土的滲透破破壞與防治治措施發(fā)生流砂現(xiàn)現(xiàn)象的土質(zhì)質(zhì)條件流砂現(xiàn)象主主要發(fā)生在在細(xì)砂、粉砂及粉土等土層中。。對(duì)于飽和的的低塑性粘粘性土，當(dāng)當(dāng)受到擾動(dòng)動(dòng)，也會(huì)發(fā)發(fā)生流砂。。在粗顆粒土及粘土中不易產(chǎn)生生流砂現(xiàn)象象。土的滲透破破壞與防治治措施流砂現(xiàn)象的的危害土的滲透破破壞與防治治措施流砂現(xiàn)象的的危害土的滲透破破壞與防治治措施流砂現(xiàn)象的的危害土的滲透破破壞與防治治措施流砂現(xiàn)象的的判別I<Icr，土體處于穩(wěn)穩(wěn)定狀態(tài)，，不發(fā)生流流砂；I=Icr，土體處于臨臨界狀態(tài)；；I>Icr，在土體發(fā)生生流砂破壞壞。流砂的安全全性評(píng)價(jià)安全系數(shù)K一般取2.0～2.5土的滲透破破壞與防治治措施防治流砂現(xiàn)現(xiàn)象的工程程措施關(guān)鍵：控制制滲流溢出出處的水頭頭梯度。切斷地基的的透水層（（防滲墻等等）；延長(zhǎng)滲流路路徑，降低低溢出處的的水頭梯度度；減小滲流壓壓力，防止止土體被滲滲透力懸浮?。p壓井井等）。土的滲透破破壞與防治治措施管涌管涌：水在在砂性土中中滲流時(shí)，，土中的一一些細(xì)小顆顆粒在動(dòng)水水力的作用用下，通過過粗顆粒的的孔隙被水水流帶走的的現(xiàn)象。土的滲透破破壞與防治治措施土的滲透破破壞與防治治措施土的滲透破破壞與防治治措施管涌現(xiàn)象的危危害土的滲透破壞壞與防治措施施管涌與土顆粒粒組成的關(guān)系系發(fā)生管涌的臨臨界水頭梯度度與土顆粒的的大小及其級(jí)級(jí)配情況有關(guān)關(guān)。土的不均勻系系數(shù)越大，管管涌現(xiàn)象越容容易發(fā)生。土的滲透破壞壞與防治措施施管涌現(xiàn)象的判判別不均勻系數(shù)：：10<Cu

<20，為管涌土或非管涌土，還需結(jié)合其它條件進(jìn)行判別；Cu>20，為管涌土。土的滲透破壞壞與防治措施施防治管涌現(xiàn)象象的工程措施施在滲流溢出處處鋪設(shè)反濾層，使土顆粒不不被滲透水流流帶走。反濾層：粒反濾層由2-4層顆粒大小不同的砂、碎石或卵石等材料組成，順著水流的方向顆粒逐漸增大。土的滲透破壞壞與防治措施施土的滲透破壞壞與防治措施施第四節(jié)土在在凍結(jié)過程中中水分的遷移移和積聚凍土現(xiàn)象及其其對(duì)工程的危危害凍土的形成在冰凍季節(jié)因因大氣負(fù)溫影影響，使土中中水分凍結(jié)成成為凍土。凍土的分類季節(jié)性凍土：：冬季凍結(jié)，，夏季全部融融化；隔年凍土：冬冬季凍結(jié)，一一兩年不融化化；多年凍土：凍凍結(jié)狀態(tài)持續(xù)續(xù)三年或三年年以上。凍土現(xiàn)象及其其對(duì)工程的危危害我國(guó)凍土的分分布地區(qū)基本上集中在在緯度較高和和海拔較高的的嚴(yán)寒地區(qū)，，如東北大興興安嶺和小興興安嶺北部，，青藏高原以以及新疆的天天山、阿爾泰泰山等地區(qū)。。凍土現(xiàn)象：在凍土地區(qū)，，隨著土中水水的凍結(jié)和融融化，所發(fā)生生的一些獨(dú)特特的現(xiàn)象。凍土現(xiàn)象是由由凍結(jié)和融化兩種作用所引引起。凍脹現(xiàn)象：土土層在凍結(jié)時(shí)時(shí)體積膨脹，，使地面隆起起成丘的現(xiàn)象象。凍脹現(xiàn)象對(duì)工工程的危害：：使路基隆起，，柔性路面鼓鼓包、開裂，，使剛性路面面錯(cuò)縫或折斷斷；使建筑物抬起起，引起建筑筑物開裂、傾傾斜，甚至倒倒塌。凍土現(xiàn)象及其其對(duì)工程的危危害凍融現(xiàn)象對(duì)工工程的危害：：使路基土含水水量增大，使使土層軟化，，強(qiáng)度大大降降低。在行車車荷載反復(fù)作作用下，路面面出現(xiàn)翻漿現(xiàn)現(xiàn)象（開裂、、冒泥），使使路面破壞；；使建筑物發(fā)生生很大沉降或或不均勻沉降降，引起建筑筑物開裂破壞壞。預(yù)防凍融現(xiàn)象象危害的核心心：控制凍脹融沉沉變形。凍土現(xiàn)象及其其對(duì)工程的危危害青藏鐵路沿線線的凍土帶青藏鐵路沿線線的凍土帶青藏鐵路凍土土路基穩(wěn)定性性措施—熱棒青藏鐵路凍土土路基穩(wěn)定性性措施—遮陽(yáng)棚凍脹的原因及及影響因素土發(fā)生凍脹的的原因是因?yàn)闉閮鼋Y(jié)時(shí)土中中的水分向凍凍結(jié)區(qū)遷移和和積聚。凍結(jié)區(qū)具有引引力作用，吸吸引未凍結(jié)區(qū)區(qū)水分向凍結(jié)結(jié)區(qū)遷移。影響凍脹的因因素：土的因素水的因素溫度的因素凍脹的影響因因素土的因素凍脹現(xiàn)象通常常發(fā)生在細(xì)粒粒土中，特別別是粉土、粉粉質(zhì)粘土中。。（具有較顯著的毛毛細(xì)現(xiàn)象，毛細(xì)水水上升高度大；表表面能大，吸附結(jié)結(jié)合水能力強(qiáng)）水的因素凍結(jié)區(qū)地下水位高高，凍