土的滲透性（地基與基礎(chǔ)工程）

1任務(wù)一．達(dá)西定律

√任務(wù)二．滲透系數(shù)的測定任務(wù)三．影響土的滲透性因素任務(wù)四．滲透力與滲透變形破壞任務(wù)五．滲透變形的防治措施項(xiàng)目三、土的滲透性21.1滲流模型一達(dá)西定律地下水按流線形態(tài)劃分的流動(dòng)狀態(tài)有層流和紊流兩種狀態(tài)。若水流流動(dòng)過程中每一水質(zhì)點(diǎn)都沿一固定的途徑流動(dòng)，其流線互不相交，稱層流。水流流動(dòng)時(shí)，水質(zhì)點(diǎn)的流動(dòng)途徑是不規(guī)則的，其流線在流動(dòng)過程中相交再相交，并在流動(dòng)過程中產(chǎn)生漩渦，則稱其為紊流。一般認(rèn)為，絕大多數(shù)場合下土中水的流動(dòng)呈現(xiàn)層流狀態(tài)。31.1滲流模型一達(dá)西定律一是不考慮路徑的迂回曲折，只考慮它的主要流向；

二是不考慮土體中顆粒的影響，認(rèn)為孔隙和土粒所占的空間之總和均為滲流所充滿，稱為滲流模型，

認(rèn)為:

①在同一過水?dāng)嗝?，滲流模型的流量等于真實(shí)滲流的流量；

②在任一界面上，滲流模型的壓力與真實(shí)滲流的壓力相等；

③在相同體積內(nèi)，滲流模型所受到的阻力與真實(shí)滲流所受到的阻力相等。41.1滲流模型一達(dá)西定律圖2-1水在土孔隙中的運(yùn)動(dòng)軌跡圖2-2

理想化的滲流模型51.2達(dá)西定律一達(dá)西定律

圖2-3達(dá)西滲透試驗(yàn)61.2達(dá)西定律一達(dá)西定律1856年法國學(xué)者達(dá)西(H.Darcy)根據(jù)均質(zhì)砂實(shí)驗(yàn)提出，在層流狀態(tài)下，土中水的滲透速度與水位差成正比，與滲流長度成反比。引入比例系數(shù)則有

k為土的滲透系數(shù)（cm／s）；若令，并定義i為水力坡降（水力梯度）。，則達(dá)西定律可表示為：

若以滲透流量表示時(shí)則有

土的滲透速度是指在一定的水力坡降下，單位時(shí)間內(nèi)透過垂直于滲流方向的單位橫截面面積土體的滲流量。達(dá)西定律滲透定律在層流狀態(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)。注意：AAvv：假想滲流速度，土體試樣全斷面的平均滲流速度vs：實(shí)際平均滲流速度，孔隙斷面的平均滲流速度A>AvQ＝vA

＝vsAvk:

反映土的透水性能的比例系數(shù)，稱為滲透系數(shù)物理意義：水力坡降i＝1時(shí)的滲流速度單位：mm/s,cm/s,m/s,m/day8

適用條件：層流（線性流）二.達(dá)西定律適用范圍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)Re進(jìn)行判斷：Re＜5時(shí)層流

Re

＞200時(shí)紊流

200＞

Re＞5時(shí)為過渡區(qū)

9（1）粗粒土：①礫石類土中的滲流常不符合達(dá)西定律②砂土中滲透速度vcr=0.3-0.5cm/sivovcrivoi0

兩種特例：（2）粘性土：致密的粘土i>i0,v=k(i-i0)10任務(wù)一．達(dá)西定律任務(wù)二．滲透系數(shù)的測定任務(wù)三．影響土的滲透性因素任務(wù)四．滲透力與滲透變形破壞任務(wù)五．滲透變形的防治措施√項(xiàng)目三、土的滲透性11流土與管涌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(jí)配的無粘性土或分散性粘土破壞過程相對(duì)較長導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生塌陷或潰口12粘性土k1<<k2砂性土k2壩體流土在向上的滲透作用下，表層局部土體顆粒同時(shí)發(fā)生懸浮移動(dòng)的現(xiàn)象滲流原因：13Fs:

安全系數(shù)1.5～2.0[i]:

允許坡降i<icr:i=

icr:i>icr:土體處于穩(wěn)定狀態(tài)土體發(fā)生流土破壞土體處于臨界狀態(tài)流土防治經(jīng)驗(yàn)判斷：無壓重時(shí)：14基坑開挖防滲措施

開挖基坑時(shí)，當(dāng)滲透水力坡降大于臨界水力坡降icr時(shí)，坑底泥砂翻涌，出現(xiàn)流砂現(xiàn)象，不僅給施工帶來很大的困難，甚至影響鄰近建筑物的安全，所以在開挖基坑時(shí)要防止流砂的發(fā)生措施：（1）井點(diǎn)降水法。

（2）集水井降水

（3）設(shè)置板樁，可增長滲透路徑，減少水力坡降。

（4）采用水下挖掘,減少水頭差，降低水力梯度，也可避免發(fā)生滲透變形破壞。

15管涌原因：內(nèi)因——有足夠多的粗顆粒形成大于細(xì)粒徑的孔隙通道外因——滲透力足夠大

在滲流作用下，一定級(jí)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。管涌管涌破壞16較均勻土（Cu≤10）管涌幾何條件水力條件一般發(fā)生在無粘性土中級(jí)配孔隙及細(xì)粒判定非管涌土粗粒形成的孔隙通道小于細(xì)粒徑不均勻土（Cu>10）不連續(xù)連續(xù)D0=0.25d20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幾何條件P(%)lgd骨架充填料P53d5d317反濾倒?jié)B管涌的治理管涌的治理反濾圍井蓄水反壓管涌的治理20增大[i]：下游增加透水蓋重

防治流土土石壩防滲斜墻及鋪蓋浸潤線透水層不透水層減小i：上游延長滲徑；下游減小水壓防治管涌改善幾何條件：設(shè)反濾層等改善水力條件：減小滲透坡降21任務(wù)一．達(dá)西定律任務(wù)二．滲透系數(shù)的測定任務(wù)三．影響土的滲透性因素任務(wù)四．滲透力與滲透變形破壞任務(wù)五．滲透變形的防治措施√項(xiàng)目三、土的滲透性22滲透力與滲透變形一.滲透力1、試驗(yàn)觀察滲透變形滲透力二.滲透變形（滲透破壞）形式2、物理本質(zhì)3、計(jì)算方法23一.

滲透力1、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(duì)土骨架產(chǎn)生一個(gè)摩擦、拖曳力。滲透力j

——滲透作用中，孔隙水對(duì)土骨架的作用力，方向與滲流方向一致。h1Δhh200hwL土樣濾網(wǎng)貯水器ab24h1Δhh200hwL土樣濾網(wǎng)貯水器ab土粒滲流j滲透力與浮力有何區(qū)別？2、物理本質(zhì)25h200hwL土樣濾網(wǎng)貯水器abP2WP1R靜水中的土體A=1W=Lγsat＝L(γ

+

γw)P1

=γwhwP2

=γwh2R=?R+P2=W+P1R+γwh2=L(γ

+γw)+γwhw

R=γ

L土水整體分析3、計(jì)算方法26h1Δhh200hwL土樣濾網(wǎng)貯水器abP2WP1R靜水中的土體A=1W=Lγsat＝L(γ

+

γw)P1

=γwhwP2

=γwh1R=?R+P2=W+P1R+γwh1=L(γ

+γw)+γwhw

R=γ

L－γwΔhR=γ

L滲流中的土體土水整體分析3、計(jì)算方法27h1Δhh200hwL土樣濾網(wǎng)貯水器abP2WP1R靜水中的土體A=1R=γ

L－γwΔhR=γ

L滲流中的土體向上滲流存在時(shí)，濾網(wǎng)支持力減少減少的部分由誰承擔(dān)？水與土之間的作用力－滲流的拖曳力總滲透力J=γwΔh滲透力j=J/V=γwΔh/L=γwij=γwi土水整體分析3、計(jì)算方法28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，它是體積力j=γwi大?。悍较颍号ci方向一致（均質(zhì)土與滲流方向一致）作用對(duì)象：土骨架29基本類型二.滲透變形（滲透破壞）形式流土管涌土工建筑物及地基由于滲流作用而出現(xiàn)的變形或破壞形成條件防治措施30水流在發(fā)生滲透時(shí)，由于滲透力的方向與滲流方向一致，因此它對(duì)土體穩(wěn)定性有著很大的影響。

（a）向下滲流時(shí)；（b）向上滲流時(shí)圖2-9不同滲流方向?qū)ν恋挠绊?1粘性土k1<<k2砂性土k2壩體1.基本類型二.滲透變形（滲透破壞）流土在向上的滲透作用下，表層局部土體顆粒同時(shí)發(fā)生懸浮移動(dòng)的現(xiàn)象滲流原因：3233流土：在滲流作用下，局部土體表面隆起、頂穿或粗細(xì)顆粒同時(shí)浮動(dòng)而流失的現(xiàn)象。流土發(fā)生時(shí)，局部土體隆起、浮動(dòng)，顆粒群同時(shí)發(fā)生移動(dòng)而流失。流土一般發(fā)生在無保護(hù)的滲流出口處，而不發(fā)生在土體內(nèi)部。開挖基坑或渠道時(shí)出現(xiàn)的所謂“流砂”現(xiàn)象，就是流土的常見形式。34管涌原因：內(nèi)因——有足夠多的粗顆粒形成大于細(xì)粒徑的孔隙通道外因——滲透力足夠大

在滲流作用下，一定級(jí)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。管涌管涌破壞二.滲透變形（滲透破壞）352.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(jí)配的無粘性土或分散性粘土破壞過程相對(duì)較長導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生塌陷或潰口二.滲透變形36任務(wù)一．達(dá)西定律任務(wù)二．滲透系數(shù)的測定任務(wù)三．影響土的滲透性因素任務(wù)四．滲透力與滲透變形破壞任務(wù)五．滲透變形的防治措施√√項(xiàng)目三、土的滲透性達(dá)西定律滲透定律在層流狀態(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)。k:反映土的透水性能的比例系數(shù)，稱為滲透系數(shù)物理意義：水力坡降i＝1時(shí)的滲流速度單位：mm/s,cm/s,m/s,m/day1.滲透系數(shù)K的選用滲透系數(shù)大小與土壤及水的性質(zhì)有關(guān)，一般通過試驗(yàn)來測定。在無實(shí)測資料時(shí)，可參考經(jīng)驗(yàn)值選用。下表給出

各種土滲透系數(shù)的參考值土的名稱滲透系數(shù)（cm/s）（m/d）卵石礫石粗砂中砂細(xì)砂粉砂粉土粉質(zhì)黏土黏土1×10-1～6×10-16×10-1～1×10-12×10-1～6×10-16×10-1～2×10-21×10-1～6×10-36×10-1～1×10-31×10-1～6×10-46×10-1～1×10-4<6×10-6100～50050～10020～505～201.0～50.5～1.00.1～0.50.005～0.1<0.0052.滲透系數(shù)的測定室內(nèi)試驗(yàn)測定方法野外試驗(yàn)測定方法常水頭滲透試驗(yàn)法變水頭滲透試驗(yàn)法井孔抽水試驗(yàn)井孔注水試驗(yàn)40

室內(nèi)試驗(yàn)方法1—常水頭試驗(yàn)法結(jié)果整理試驗(yàn)裝置：如圖試驗(yàn)條件:

Δh，A，L=const量測變量:

V，ti=Δh/LV=Qt=vAtv=ki適用土類：透水性較大的砂性土

hL土樣AVQ透水性較小的粘性土?41

室內(nèi)試驗(yàn)方法2—變水頭試驗(yàn)法試驗(yàn)裝置：如圖試驗(yàn)條件:

Δh變化，A，L=const量測變量:

Δh

，t土樣At=t1

h1t=t2

h2LQ水頭測管開關(guān)a

野外測定方法－抽水試驗(yàn)和注水試驗(yàn)法優(yōu)點(diǎn)：可獲得現(xiàn)場較為可靠的平均滲透系數(shù)地下水位≈