第2章-土的滲透性與滲透變形

第二章土的滲透性和滲流問(wèn)題SeepageProperty第一講第二章土的滲透性和滲流問(wèn)題§2.0概述§2.1土的滲透性與滲透規(guī)律 (SeepageTheory)§2.2平面滲流與流網(wǎng)（了解） (PlaneFlowandFlowNets)§2.3滲透力與滲透變形 (SeepageForceandSeepageDeformation)碎散性三相性孔隙流體流動(dòng)滲透性：土具有被水、氣等液體透過(guò)的性質(zhì)滲流：水、氣等在土體孔隙中流動(dòng)的現(xiàn)象概述能量差第二章土的滲透性和滲流問(wèn)題土顆粒土中水滲流水井滲流Wellseepage不透水層滲流問(wèn)題滲流量降水深度透水層天然水面漏斗狀潛水面Q概述SUMMARY

渠道滲流Channelseepage原地下水位有滲流時(shí)地下水位滲流問(wèn)題滲流量地下水影響范圍概述SUMMARY

滲流問(wèn)題滲流量滲透變形(滲透破壞)滲流控制土石壩防滲斜墻及鋪蓋浸潤(rùn)線透水層不透水層土石壩壩基、壩身滲流概述SUMMARY

Teton壩概況：土壩，高90m，長(zhǎng)1000m，建于1972-75年，1976年6月失事?lián)p失：直接損失8000萬(wàn)美元，起訴5500起，2.5億美元，死14人，受災(zāi)2.5萬(wàn)人，60萬(wàn)畝土地，32公里鐵路滲透破壞工程事故：堤壩潰決

Dambreak潰壩原因：拱效應(yīng)導(dǎo)致水力劈裂概況：溝后面板砂礫石壩，高71米，長(zhǎng)265米，建于1989年。潰壩原因：面板止水失效，下游壩體排水不暢，壩體滲透破壞壩坡失穩(wěn)損失：1993年8月7日，青海省溝后水庫(kù)潰壩，瞬間沖毀1000多戶房舍，288人喪生，上千人受傷。滲透破壞工程事故溝后面板壩唐家山堰塞湖處理滲透破壞工程事故2008年6月10日成功泄洪滲透破壞工程事故1998年8月7日13:10發(fā)生管涌險(xiǎn)情，20分鐘后，在堤外迎水面找到2處進(jìn)水口又過(guò)20分鐘，防水墻后的土堤突然塌陷出1個(gè)洞，5m寬的堤頂隨即全部塌陷，并很快形成一寬約62m的潰口。潰口原因：堤基管涌piping九江大堤潰口滲透破壞工程事故九江大堤管涌破壞98洪水堤岸塌岸板樁圍護(hù)下的基坑滲流Seepageoffoundationpit透水層不透水層基坑板樁墻滲流問(wèn)題水土壓力滲流量揚(yáng)壓力滲透破壞概述SUMMARY

廣州京光廣場(chǎng)基坑塌方滲透破壞工程事故：基坑失事

Failureoffoundationpit珠海祖國(guó)廣場(chǎng)基坑失事珠海祖國(guó)廣場(chǎng)降雨入滲引起的滑坡滲流問(wèn)題滲透力入滲過(guò)程飽和度變化概述SUMMARY

西藏易貢巨型高速滑坡時(shí)間：2000年4月9日規(guī)模：坡高3330m天然壩：壩高=290m原因：降雨引起風(fēng)化殘積土失穩(wěn)滲透破壞工程事故：邊坡失穩(wěn)Slopefailure復(fù)習(xí)

土的結(jié)構(gòu)土顆?；蛄F(tuán)的空間排列和相互聯(lián)結(jié)粗粒土的結(jié)構(gòu)單粒結(jié)構(gòu)重力起主導(dǎo)作用粒間力起主導(dǎo)作用粘性土的結(jié)構(gòu)性指標(biāo)細(xì)粒土的結(jié)構(gòu)分散結(jié)構(gòu)凝聚結(jié)構(gòu)土的結(jié)構(gòu)土的組成土的狀態(tài)土的結(jié)構(gòu)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范-GB50007-2002分類法目的：便于調(diào)查研究；便于分析評(píng)價(jià)；便于交流(基于共同的概念)依據(jù)：最能反映土的物理力學(xué)性質(zhì)的指標(biāo)土的工程分類復(fù)習(xí)

室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)細(xì)粒土的壓實(shí)性粗粒土的壓實(shí)性擊實(shí)曲線最優(yōu)含水量最大干密度壓實(shí)功能壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)曲線壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)土的壓實(shí)性復(fù)習(xí)

提問(wèn)

問(wèn)題Question1、擊實(shí)曲線為什么在飽和曲線以下？2、壓實(shí)與含水量之間的關(guān)系如何？3、砂土在什么含水率條件下最容易壓實(shí)？0481216202428含水量w(%)2.01.81.61.4干密度

d(g/cm3)飽和曲線

dmaxwop第二章土的滲透性和滲流問(wèn)題§2.0概述§2.1土的滲透性與滲透規(guī)律 (SeepageTheory)§2.2平面滲流與流網(wǎng) (PlaneFlowandFlowNets)§2.3滲透力與滲透變形 (SeepageForceandSeepageDeformation)§2.1土的滲透性與滲透規(guī)律一．滲流中的水頭與水力坡降(Waterheadandhydraulicgradientinseepage)二．滲透試驗(yàn)與達(dá)西定律(Permeabilitytestanddarcylaw)三．滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素(Determinationofpermeabilitycoefficientanditsinfluencingfactors)四．層狀地基的等效滲透系數(shù)(Equivalentpermeabilitycoefficientoflayeredfoundation)§2.1土的滲透性與滲透規(guī)律一．滲流中的水頭與水力坡降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(shì)能高處流向位置勢(shì)能低處流速：水具有的動(dòng)能壓力：水所具有的壓力勢(shì)能§2.1土的滲透性與滲透規(guī)律一．滲流中的水頭與水力坡降靜水zA0ABu0>pawAugzBwBug基準(zhǔn)面zA0ABu0>pawAugzBwBug基準(zhǔn)面靜水位置水頭：到基準(zhǔn)面的豎直距離，代表單位重量的液體從基準(zhǔn)面算起所具有的位置勢(shì)能壓力水頭：水壓力所能引起的自由水面的升高，表示單位重量液體所具有的壓力勢(shì)能測(cè)管水頭：測(cè)管水面到基準(zhǔn)面的垂直距離，等于位置水頭和壓力水頭之和，表示單位重量液體的總勢(shì)能在靜止液體中各點(diǎn)的測(cè)管水頭相等水頭：?jiǎn)挝毁|(zhì)量水體所具有的能量位置水頭：?jiǎn)挝毁|(zhì)量水體所具有的位能壓力水頭：?jiǎn)挝毁|(zhì)量水體所具有的壓力勢(shì)能流速水頭：?jiǎn)挝毁|(zhì)量水體所具有的動(dòng)能≈0總水頭：總機(jī)械能＝位置水頭+壓力水頭+流速水頭§2.1土的滲透性與滲透規(guī)律一．滲流中的水頭與水力坡降總水頭差產(chǎn)生滲流能量方程測(cè)管水頭AL透水層不透水層基坑板樁墻§2.1土的滲透性與滲透規(guī)律一．滲流中的水頭與水力坡降連續(xù)原理能量方程BALh1h2zAzB

h00基準(zhǔn)面水力坡降線A點(diǎn)總水頭B點(diǎn)總水頭總水頭(Totalwaterhead)§2.1土的滲透性與滲透規(guī)律一．滲流中的水頭與水力坡降總水頭差滲流B水力坡降i:單位長(zhǎng)度上的水頭損失

h:水頭損失(headloss)§2.1土的滲透性與滲透規(guī)律二.滲透試驗(yàn)與達(dá)西定律

h↑，Q↑A↑，Q↑L↑，Q↓斷面平均流速水力坡降1.滲透試驗(yàn)試驗(yàn)前提：層流試驗(yàn)條件:h1，A，L=const量測(cè)變量:h2，V，t試驗(yàn)結(jié)果§2.1土的滲透性與滲透規(guī)律二.滲透試驗(yàn)與達(dá)西定律2.達(dá)西定律滲透系數(shù)k:反映土的透水性能的比例系數(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/day滲透系數(shù)與土的性質(zhì)有關(guān)。土類k(cm/s)礫石、粗砂

10-1~10-2中砂

10-2~10-3細(xì)砂、粉砂

10-3~10-4粉土

10-4~10-6粉質(zhì)粘土

10-6~10-7粘土

10-7~10-10在層流狀態(tài)的滲流中，滲透速度v與水力坡降i成正比§2.1土的滲透性與滲透規(guī)律二.滲透試驗(yàn)與達(dá)西定律2.達(dá)西定律(Dacylaw)AAv達(dá)西流速v：假想滲流速度，土體試樣全斷面的平均滲流速度孔隙平均滲流速度vs：孔隙斷面的平均滲流速度孔隙實(shí)際滲流速度?A>AvQ＝VA＝VsAv§2.1土的滲透性與滲透規(guī)律二.滲透試驗(yàn)與達(dá)西定律3.達(dá)西定律適用條件(applicablecondition)層流laminarflow(線性流)：大部分砂土，粉土；普通粘性土Mostsand,silt,commoncohesivesoil兩種特例粗粒土：①礫石類土中的滲流不符合達(dá)西定律②砂土中滲透速度v>vcr=0.3-0.5cm/s粘性土：致密的粘土，i>i0,v=k(i-i0)ivovcrvoi0ii0:起始水力坡降§2.1土的滲透性與滲透規(guī)律三.滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素1.滲透系數(shù)的測(cè)定方法Determinationmethod室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)定方法野外試驗(yàn)測(cè)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)水力學(xué)§2.1土的滲透性與滲透規(guī)律三.滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素室內(nèi)試驗(yàn)方法1—常水頭試驗(yàn)constantheadpermeabilitytest試驗(yàn)條件：

h，A，L=const量測(cè)變量：V，t結(jié)果整理：i=

h/LV=Qt=vAtv=ki常水頭試驗(yàn)適用土類：透水性較大的砂性土試驗(yàn)裝置§2.1土的滲透性與滲透規(guī)律三.滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素室內(nèi)試驗(yàn)方法2—變水頭試驗(yàn)varyheadpermeabilitytest試驗(yàn)條件：

h變化，A、L=const量測(cè)變量：

h，t透水性較小的粘性土變水頭滲透試驗(yàn)裝置t1、t2時(shí)刻：h1，h2§2.1土的滲透性與滲透規(guī)律三.滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素室內(nèi)試驗(yàn)方法2—變水頭試驗(yàn)理論推導(dǎo):dVe=-adhdVo=kiAdt=k(

h/L)AdtdVe=dVo流入量：流出量：連續(xù)性條件：-adh=k(

h/L)Adt變水頭滲透試驗(yàn)裝置§2.1土的滲透性與滲透規(guī)律三.滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素室內(nèi)試驗(yàn)方法—小結(jié)常水頭試驗(yàn)變水頭試驗(yàn)條件已知測(cè)定計(jì)算取值

h=const

h變化

h，A，LV，t重復(fù)試驗(yàn)后，取均值a，A，L

h，t不同時(shí)段試驗(yàn)，取均值適用砂性土粘性土§2.1土的滲透性與滲透規(guī)律三.滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素室內(nèi)試驗(yàn)方法—小結(jié)優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單，費(fèi)用較省缺點(diǎn)：重塑土樣不能反映結(jié)構(gòu)性和各向異性 原狀土樣不易取得 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)：測(cè)定現(xiàn)場(chǎng)土層的滲透性質(zhì)§2.1土的滲透性與滲透規(guī)律三.滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素野外測(cè)定方法—抽水試驗(yàn)和注水試驗(yàn)法優(yōu)點(diǎn)：可獲得較為可靠的現(xiàn)場(chǎng)平均滲透系數(shù)缺點(diǎn)：費(fèi)用高，耗時(shí)長(zhǎng)地下水位≈測(cè)壓管水位井抽水量Qr1rr2dhdrh1hh2不透水層觀察井試驗(yàn)方法降落漏斗§2.1土的滲透性與滲透規(guī)律三.滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素野外測(cè)定方法—抽水試驗(yàn)和注水試驗(yàn)法理論分析A=2

rhi=dh/dr假設(shè)水流為水平流向豎直斷面水力坡降為常數(shù)k=f(土體特性、流體特性)§2.1土的滲透性與滲透規(guī)律三.滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素2.影響因素粒徑大小及級(jí)配孔隙比礦物成分結(jié)構(gòu)飽和度

孔隙流體的動(dòng)力粘滯系數(shù)§2.1土的滲透性與滲透規(guī)律三.滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素影響因素-土體特性粒徑大小及級(jí)配－孔隙直徑孔隙比－孔隙體積

礦物成分－表面力結(jié)構(gòu)－排列形式，各向異性飽和度－有效滲透面積§2.1土的滲透性與滲透規(guī)律三.滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素影響因素-土體特性飽和度

－有效滲透面積注意：測(cè)量k值時(shí)，試樣要充分飽和飽和度sr(%)滲透系數(shù)k(10-3cm/s)87654328090100§2.1土的滲透性與滲透規(guī)律三.滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素影響因素-流體特性粘滯性

－溫度注意：測(cè)量k值時(shí)，進(jìn)行溫度校正溫度升高，粘滯性降低，k值變大第二章土的滲透性和滲流問(wèn)題SeepageProperty第二講碎散性三相性孔隙流體流動(dòng)滲透性：土具有被水、氣等液體透過(guò)的性質(zhì)滲流：水、氣等在土體孔隙中流動(dòng)的現(xiàn)象水頭：?jiǎn)挝恢亓克w所具有的能量h水力坡降：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度的水頭損失i復(fù)習(xí)能量差土的多孔介質(zhì)屬性基本概念土顆粒土中水滲流LΔh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(shì)能高處流向位置勢(shì)能低處壓力：水所具有的壓力勢(shì)能復(fù)習(xí)位置水頭：到基準(zhǔn)面的豎直距離，代表單位重量的液體從基準(zhǔn)面算起所具有的位置勢(shì)能

ZA，ZB流速：水具有的動(dòng)能壓力水頭：水壓力所能引起的自由水面的升高，表示單位重量液體所具有的壓力勢(shì)能uA/γw，

uB/γw流速水頭：水體的動(dòng)能（對(duì)滲流多處于層流≈0）總水頭的三種形式室內(nèi)試驗(yàn)方法1—常水頭試驗(yàn)constantheadpermeabilitytest試驗(yàn)條件：

h，A，L=const量測(cè)變量：V，t結(jié)果整理：i=

h/LV=Qt=vAtv=ki常水頭試驗(yàn)適用土類：透水性較大的砂性土試驗(yàn)裝置復(fù)習(xí)常水頭試驗(yàn)室內(nèi)試驗(yàn)方法2—變水頭試驗(yàn)varyheadpermeabilitytest試驗(yàn)條件：

h變化，A、L=const量測(cè)變量：

h，t透水性較小的粘性土變水頭滲透試驗(yàn)裝置t1、t2時(shí)刻：h1，h2復(fù)習(xí)變水頭試驗(yàn)水頭管下降水量必與流經(jīng)土樣的水量相等二者相等建立微分方程求解三.滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素野外測(cè)定方法—抽水試驗(yàn)和注水試驗(yàn)法優(yōu)點(diǎn)：可獲得較為可靠的現(xiàn)場(chǎng)平均滲透系數(shù)缺點(diǎn)：費(fèi)用高，耗時(shí)長(zhǎng)地下水位≈測(cè)壓管水位井抽水量Qr1rr2dhdrh1hh2不透水層觀察井試驗(yàn)方法降落漏斗復(fù)習(xí)提問(wèn)

問(wèn)題Question1、靜止的湖面水位比湖底高，因此湖面的水頭要高于湖底水頭，對(duì)嗎？2、達(dá)西流速是不是水的真實(shí)流速？達(dá)西流速與孔隙流速的關(guān)系是怎樣的？§2.1土的滲透性與滲透規(guī)律四.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)天然土層多呈層狀非均勻各向異性如何進(jìn)行滲流計(jì)算？多個(gè)土層用假想單一土層置換，總體上可以用Darcy定律描述§2.1土的滲透性與滲透規(guī)律四.層狀地基的等效滲透系數(shù)H1H2H3H

hk1k2k3xzq1xq3xq2xL1122不透水層水平滲流已知條件:等效滲透系數(shù):qxi=vxiHi=kiiHiqx=ΣkiiiHi=kxiH閘板閘門(mén)達(dá)西定律:各層水力梯度相同滲流關(guān)系:§2.1土的滲透性與滲透規(guī)律四.層狀地基的等效滲透系數(shù)豎直滲流等效滲透系數(shù):H1H2H3H

hk1k2k3xzv承壓水已知條件:vi=ki(

hi/Hi)達(dá)西定律:滲流關(guān)系:各層滲流速度相同§2.1土的滲透性與滲透規(guī)律四.層狀地基的等效滲透系數(shù)算例說(shuō)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§2.1土的滲透性與滲透規(guī)律四.層狀地基的等效滲透系數(shù)－小結(jié)水平滲流情形豎直滲流情形關(guān)系已知等效推求實(shí)際工程中應(yīng)注意滲透水流的方向，選擇正確的等效滲透系數(shù)§2.1土的滲透性與滲透規(guī)律－小結(jié)一．滲流中的水頭與水力坡降二．滲透試驗(yàn)與達(dá)西定律三．滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素四．層狀地基的等效滲透系數(shù)第二章土的滲透性和滲流問(wèn)題§2.1土的滲透性與滲透規(guī)律§2.2平面滲流與流網(wǎng)(了解)一.平面滲流的基本方程及求解二.流網(wǎng)的繪制及應(yīng)用§2.3滲透力與滲透變形§2.2平面滲流與流網(wǎng)一.平面滲流的基本方程及求解Laplace方程連續(xù)性條件假定

h平面穩(wěn)定滲流，

h恒定，流場(chǎng)與時(shí)間無(wú)關(guān)，可取單寬dy=1分析h=h(x,z),v=v(x,z)達(dá)西定律平面滲流的基本方程1.基本方程dxdz§2.2平面滲流與流網(wǎng)一.平面滲流的基本方程及求解1.基本方程特點(diǎn)①與k(kx＝kz)無(wú)關(guān) ②滿足它的是兩個(gè)共軛調(diào)合函數(shù)：勢(shì)函數(shù)和流函數(shù)

連續(xù)性條件達(dá)西定律假定

平面穩(wěn)定滲流基本方程Laplace方程dxdz§2.2平面滲流與流網(wǎng)一.平面滲流的基本方程及求解2.求解方法基本方程＋定解條件

h解析方法試驗(yàn)比擬方法數(shù)值解法圖解法§2.2平面滲流與流網(wǎng)一.平面滲流的基本方程及求解2.求解方法－解析方法適用于邊界條件簡(jiǎn)單、土質(zhì)均勻的情況微分方程的通解：兩個(gè)共軛調(diào)和函數(shù)勢(shì)函數(shù)Φ(x,z)－等勢(shì)線流函數(shù)Ψ(x,z)－流線相互正交邊界條件特解確定滲流場(chǎng)內(nèi)各點(diǎn)測(cè)管水頭h的分布基本方程邊界條件穩(wěn)定滲流情況§2.2平面滲流與流網(wǎng)一.平面滲流的基本方程及求解勢(shì)函數(shù)的特性：

等勢(shì)面是等水頭面兩條等勢(shì)面的勢(shì)值差同其水頭差成正比流函數(shù)的特性：流線互不相交，同一條流線流函數(shù)值為一常數(shù)兩條流線流函數(shù)的差值等于其間通過(guò)的流量2.求解方法－解析方法§2.2平面滲流與流網(wǎng)一.平面滲流的基本方程及求解1）勢(shì)函數(shù)和流函數(shù)均滿足拉普拉斯方程2）勢(shì)函數(shù)和流函數(shù)正交，一點(diǎn)兩線的斜率互成負(fù)倒數(shù)3）勢(shì)函數(shù)和流函數(shù)是互為共軛的調(diào)和函數(shù)，兩者均完備地描述了同一個(gè)滲流場(chǎng)4）當(dāng)對(duì)調(diào)邊界條件時(shí)，勢(shì)函數(shù)和流函數(shù)兩組曲線可互換2.求解方法－解析方法流網(wǎng)圖解法的理論基礎(chǔ)§2.2平面滲流與流網(wǎng)一.平面滲流的基本方程及求解2.求解方法－數(shù)值解法求解偏微分方程差分法、有限元方法可以求解復(fù)雜邊值問(wèn)題，精度高，應(yīng)用愈來(lái)愈廣泛

§2.2平面滲流與流網(wǎng)一.平面滲流的基本方程及求解2.求解方法－試驗(yàn)比擬方法電比擬方法：根據(jù)滲流場(chǎng)和電場(chǎng)均服從Laplace方程這一特點(diǎn)，按一定比例制作模型，用電場(chǎng)中的等勢(shì)線和流線來(lái)模擬滲流場(chǎng)中的等勢(shì)線和流線，以達(dá)到確定滲流場(chǎng)中滲流要素的目的。電比擬方法電網(wǎng)絡(luò)法沙槽模型法§2.2平面滲流與流網(wǎng)一.平面滲流的基本方程及求解2.求解方法－圖解法：流網(wǎng)理論基礎(chǔ)：解析法的結(jié)果一種常用的近似求解方法優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單、迅速、保證精度可求解復(fù)雜邊界問(wèn)題§2.2平面滲流與流網(wǎng)二.流網(wǎng)的繪制及應(yīng)用

流線： 水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的軌跡線等勢(shì)線： 測(cè)管水頭相同的點(diǎn)之連線流網(wǎng)： 滲流場(chǎng)中的兩族相互正交曲線—等勢(shì)線和流線所形成的網(wǎng)絡(luò)狀曲線簇流網(wǎng)法： 通過(guò)繪制流線與等勢(shì)線的網(wǎng)絡(luò)狀曲線簇來(lái)求解滲流問(wèn)題§2.2平面滲流與流網(wǎng)二.流網(wǎng)的繪制及應(yīng)用

基本要求正交性：流線與等勢(shì)線必須正交各個(gè)網(wǎng)格的長(zhǎng)寬比c應(yīng)為常數(shù)。取c=1，即為曲邊正方形在邊界上滿足流場(chǎng)邊界條件要求，保證解的唯一性。流網(wǎng)中應(yīng)使相鄰流線間的流函數(shù)差和相鄰等勢(shì)線間的勢(shì)函數(shù)（水頭）差不變流網(wǎng)形狀均質(zhì)地基情況下與滲透系數(shù)無(wú)關(guān)§2.2平面滲流與流網(wǎng)二.流網(wǎng)的繪制及應(yīng)用

繪制方法ABCD

l

sH△H00

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s一個(gè)高精度的流網(wǎng)圖，需經(jīng)過(guò)多次的修改后才能完成。根據(jù)滲流場(chǎng)的邊界條件確定邊界流線和首尾等勢(shì)線正交性曲邊正方形初步繪制流網(wǎng)流線→等勢(shì)線→反復(fù)修改，調(diào)整精度較高的流網(wǎng)圖§2.2平面滲流與流網(wǎng)二.流網(wǎng)的繪制及應(yīng)用

流網(wǎng)特點(diǎn)(均勻各向同性土層穩(wěn)定滲流情況)等勢(shì)線上各點(diǎn)測(cè)管水頭h相等；與上下游水位變化(

h)無(wú)關(guān)；與滲透系數(shù)k無(wú)關(guān)?！?.2平面滲流與流網(wǎng)二.流網(wǎng)的繪制及應(yīng)用流網(wǎng)的應(yīng)用確定物理量：測(cè)管水頭：h孔壓：u水力坡降：滲透流速：滲透流量：N：等勢(shì)線間隔數(shù)M：流道數(shù)第二章土的滲透性和滲流問(wèn)題§2.1土的滲透性與滲透規(guī)律一．滲流中的水頭與水力坡降二．滲透試驗(yàn)與達(dá)西定律三．滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素四．層狀地基的等效滲透系數(shù)§2.2平面滲流與流網(wǎng)一.平面滲流的基本方程及求解二.流網(wǎng)的繪制及應(yīng)用§2.3滲透力與滲透變形思考

h=0，靜水中，土骨架會(huì)受到浮力作用。

h>0，濾網(wǎng)受力如何變化？繼續(xù)增大

h，有何現(xiàn)象發(fā)生？

孔隙水與土骨架如何相互作用？h1Δhh200hwL土樣濾網(wǎng)貯水器ab試驗(yàn)觀察滲透力滲透破壞第二章土的滲透性和滲流問(wèn)題

(第二講)§2.1概述§2.2土的滲透性與滲透規(guī)律§2.3平面滲流與流網(wǎng)§2.4滲透力與滲透變形2.4.1滲透力2.4.2臨界水力坡降2.4.3滲透變形（滲透破壞）

h=0，靜水中，土骨架會(huì)受到浮力作用

h>0，濾網(wǎng)受力如何變化？繼續(xù)增大

h，有何現(xiàn)象發(fā)生？h1Δhh200hwL土樣濾網(wǎng)貯水器ab試驗(yàn)觀察土樣漂浮滲透破壞第二章土的滲透性和滲流問(wèn)題§2.4滲透力與滲透變形濾網(wǎng)受力逐漸減小向上滲流存在時(shí)，濾網(wǎng)對(duì)土骨架的支持力減少甚至為零。減少的部分由誰(shuí)承擔(dān)？試驗(yàn)觀察與思考2.4.1滲透力

h>0

水由于壓力差，向上流動(dòng)，在流動(dòng)時(shí)，水流必然受到來(lái)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。這個(gè)力就是滲透力h1Δhh200hwL土樣濾網(wǎng)貯水器ab滲透力j：滲透過(guò)程中孔隙水對(duì)土骨架的作用力，其方向與滲流方向一致§2.4滲透力與滲透變形滲透力的概念與性質(zhì)2.4.1滲透力h1h200hwL土樣濾網(wǎng)貯水器abΔh土粒滲流滲透力j：體積力單位體積土體內(nèi)土顆粒所受到的滲透作用力如何求解滲透力的大?。俊?.4滲透力與滲透變形滲透力的概念與性質(zhì)2.4.1滲透力受力分析－土水整體分析h1h200hwL土樣濾網(wǎng)貯水器ab1.靜水中的土體P2WP1RA=1W=L

sat=L(

+

w)P1

=

whwP2

=

wh2R=?豎直方向受力平衡：R+P2=W+P1R+

wh2=L(

+

w)+

whw

R=

L§2.4滲透力與滲透變形貯水器水位抬高，R有何變化？滲透力大小——水土整體分析2.4.1滲透力受力分析－土水整體分析2.滲流情況下的土體P2WP1RA=1W=L

sat=L(

+

w)P1

=

whwP2

=

wh1=

w(h2+

h)R=?豎直方向受力平衡：R+P2=W+P1R+

wh1=L(

+

w)+

whw

R=

L-

w

h

h1h200hwL土樣濾網(wǎng)貯水器abΔh§2.4滲透力與滲透變形滲透力大小——水土整體分析2.4.1滲透力受力分析－土水整體分析滲流情況下的土體P2WP1RA=1R=

L-

w

h

h1h200hwL土樣濾網(wǎng)貯水器abΔh靜水中的土體R=

L總滲透力：J=

w

h

滲透力：j＝J/L=

w

h/L=

wi§2.4滲透力與滲透變形滲透力大小——水土整體分析2.4.1滲透力受力分析－土骨架、水分別分析P2WP1RWsJWwJ

=R+P2P1P1+Ww+J+F=P2W=L

satP1

=

whwP2

=

wh1Ws=L

sat-

wLnJ=

wh=L

w(h/L)=

wi

L=

jLWw=

wLn水體的平衡條件R=W

-J=(-j)L=

L-wh

FF

F=

wL(1-n)滲透力j=

wi§2.4滲透力與滲透變形滲透力大小——水土整體分析土骨架體積2.4.1滲透力滲透力的大小與性質(zhì)物理意義：

體積力，單位體積土體內(nèi)土顆粒所受到的滲透作用力大?。簀=

wi方向：與滲流方向（或水力坡降的方向）一致作用對(duì)象：土骨架§2.4滲透力與滲透變形滲透力大小與性質(zhì)小結(jié)2.4.2臨界水力坡降滲流情況下的土體P2WP1RA=1R=

L-

w

h=(-j)Lh1h200hwL土樣濾網(wǎng)貯水器abΔhQ:IfR0,WhatHappens?靜水中的土體R=

L回顧W’J§2.4滲透力與滲透變形滲流力試驗(yàn)回顧2.4.2臨界水力坡降滲流情況下的土體P2WP1RA=1R=

L-

w

h=(-j)L流土 R=(-j)L=0

=j臨界水力坡降

icr=j/

w

=

/

w而

=(Gs-1)

w

/(1+e) icr=(Gs-1)/(1+e)靜水中的土體R=

L回顧W’J§2.4滲透力與滲透變形流土臨界水力坡降臨界水力坡降只與土體土粒比重及密實(shí)狀態(tài)有關(guān)（估算可取1.0）2.4.3滲透變形（滲透破壞）土工建筑物及地基由于滲流作用而出現(xiàn)的變形或破壞滲透變形類型：流土、管涌、接觸流土、接觸沖刷§2.4滲透力與滲透變形滲透變形的類型單一土層滲透破壞基本類型

管涌流土形成條件防治措施

2.4.3滲透變形（滲透破壞）1.基本類型：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)象粘性土k1<<k2砂性土k2壩體滲流流土原因：i

icr§2.4滲透力與滲透變形單一土層滲透破壞基本類型壩體2.4.3滲透變形（滲透破壞）1.基本類型：管涌在滲流作用下，一定級(jí)配的無(wú)粘性土中的細(xì)小顆粒，通過(guò)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。壩體原因：內(nèi)因：有足夠多的粗顆粒形成大于細(xì)粒直徑的孔隙 幾何條件外因：滲透力足夠大

水力條件管涌管涌破壞§2.4滲透力與滲透變形單一土層滲透破壞基本類型——管涌問(wèn)：產(chǎn)生流土和管涌的臨界水力坡降是否相同？2.4.3滲透變形（滲透破壞）流土與管涌的比較流土 管涌土體局部范圍的顆粒同時(shí)發(fā)生移動(dòng)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(guò)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(guò)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(wú)粘性土或分散性粘土中破壞過(guò)程較長(zhǎng)，漸進(jìn)破壞導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生塌陷或潰口§2.4滲透力與滲透變形單一土層滲透破壞基本類型——流土2.4.3滲透變形（滲透破壞）2.形成條件：流土Fs: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)設(shè)計(jì)要求：向上滲流表層土體icr=/w

=(Gs-1)/(1+e)§2.4滲透力與滲透變形單一土層滲透破壞形成條件——流土2.4.3滲透變形