第二章土的渗透性及渗流PPT讲稿.ppt
第1页，共57页，编辑于2022年，星期三2 2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 碎散性碎散性多孔介质多孔介质三相体系三相体系孔隙流体流动孔隙流体流动渗流渗流水、气等在土体孔隙中流动的现象水、气等在土体孔隙中流动的现象渗透性渗透性土具有被水、气等液体透过的性质土具有被水、气等液体透过的性质渗透特性渗透特性强度特性强度特性变形特性变形特性非饱和土的渗透性非饱和土的渗透性饱和土的渗透性饱和土的渗透性2.1 概述概述能量差能量差第2页，共57页，编辑于2022年，星期三2 2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 2.1 概述概述渗流量渗流量渗透变形渗透变形土石坝防渗斜墙及铺盖浸润线透水层透水层不透水层不透水层土石坝坝基坝身渗流土石坝坝基坝身渗流第3页，共57页，编辑于2022年，星期三2 2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 2.1概述概述渗水压力渗水压力扬压力扬压力渗流量渗流量渗透变形渗透变形透水层透水层不透水层不透水层基坑基坑板桩墙板桩围护下的基坑渗流板桩围护下的基坑渗流第4页，共57页，编辑于2022年，星期三2 2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 2.1 概述概述渗流量渗流量透水层透水层不透水层不透水层天然水面天然水面水井渗流水井渗流漏斗状潜水面漏斗状潜水面Q第5页，共57页，编辑于2022年，星期三2 2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 2.1 概述概述渗流量渗流量原地下水位渗流时地下水位渠道渗流渠道渗流第6页，共57页，编辑于2022年，星期三2 2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 2.1 概述概述渗流滑坡渗流滑坡渗流滑坡渗流滑坡第7页，共57页，编辑于2022年，星期三2 2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 2.1 概述概述渗流量渗流量渗透变形渗透变形渗水压力渗水压力渗流滑坡渗流滑坡土的渗透性及渗透规律土的渗透性及渗透规律二维渗流及流网二维渗流及流网渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形扬压力扬压力土坡稳定分析土坡稳定分析挡水建筑物挡水建筑物 集水建筑物集水建筑物 引水结构物引水结构物 基坑等地下施工基坑等地下施工边坡渗流边坡渗流第8页，共57页，编辑于2022年，星期三2 2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 2.1 概述概述渗透问题渗透问题渗流量问题：渗流量问题：基坑开挖、施工围堰、土堤坝体、坝基土、水井基坑开挖、施工围堰、土堤坝体、坝基土、水井渗透破坏问题：渗透破坏问题：渗透力渗透力土粒移动土粒移动渗透变形、破坏，渗透变形、破坏，如边坡失稳、地面隆起、堤坝失稳等。如边坡失稳、地面隆起、堤坝失稳等。渗流控制问题：渗流控制问题：第9页，共57页，编辑于2022年，星期三2.2 2.2 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 2 2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 一渗流中的水头与水力坡降一渗流中的水头与水力坡降二渗透试验与达西定律二渗透试验与达西定律三渗透系数的测定及影响因素三渗透系数的测定及影响因素能量方程能量方程渗流速度的规律渗流速度的规律渗透特性渗透特性四层状地基的等效渗透系数四层状地基的等效渗透系数地基的渗透系数地基的渗透系数第10页，共57页，编辑于2022年，星期三2 2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 一渗流中的水头与水力坡降一渗流中的水头与水力坡降ABL2.2 2.2 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 透水层透水层不透水层不透水层基坑基坑板桩墙第11页，共57页，编辑于2022年，星期三ABL2 2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 一渗流中的水头与水力坡降一渗流中的水头与水力坡降h1h2zAzBh h00基准面基准面水力坡降线2.2 2.2 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 总水头总水头单位质量水体所具有的能量单位质量水体所具有的能量z：位置水头：位置水头u/u/w w：压力水头：压力水头V2/(2g)：流速水头流速水头00A A点总水头：点总水头：B B点总水头：点总水头：总水头：总水头：水力坡降：水力坡降：第12页，共57页，编辑于2022年，星期三2.2 2.2 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 二二.渗透试验与渗透试验与达西定律达西定律试验前提：试验前提：层流层流h，Q A，Q L，Q断面平均流速断面平均流速水力坡降水力坡降1.1.渗透试验渗透试验2 2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 试验结果试验结果试验装置：试验装置：如图如图试验条件试验条件:h1，A，L=const量测变量量测变量:h2，V，Th=h1-h2Q=V/T第13页，共57页，编辑于2022年，星期三2.达西定律达西定律 渗透定律2.2 2.2 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 2 2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 在层流状态的渗流中，渗透速度在层流状态的渗流中，渗透速度v v与水力坡降与水力坡降i i的一次的一次方成正比，并与土的性质有关。方成正比，并与土的性质有关。二二.渗透试验与达西定律渗透试验与达西定律注意：注意：AAvV V：假想渗流速度，土体试样全断面的平均渗流速度：假想渗流速度，土体试样全断面的平均渗流速度V Vs s：实际平均渗流速度，孔隙断面的平均渗流速度：实际平均渗流速度，孔隙断面的平均渗流速度A AvQVA VsAvk:k:反映土的透水性能的比例系数，称为渗透系数反映土的透水性能的比例系数，称为渗透系数物理意义：水力坡降物理意义：水力坡降i i1 1时的渗流速度时的渗流速度单位：单位：mm/s,cm/s,m/s,m/daymm/s,cm/s,m/s,m/day第14页，共57页，编辑于2022年，星期三2.2.达西定律达西定律2.2 2.2 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 2 2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 二二.渗透试验与达西定律渗透试验与达西定律粗粒土：粗粒土：砾石类土中的渗流不符合达西定律砾石类土中的渗流不符合达西定律砂土中渗透速度砂土中渗透速度 vcr=0.3-0.5cm/s 适用条件适用条件ivovcrivoi0层流（线性流）层流（线性流）大部分砂土，粉土；疏松的粘土及砂性较重大部分砂土，粉土；疏松的粘土及砂性较重的粘性土的粘性土 两种特例两种特例粘性土：粘性土：致密的粘土致密的粘土 ii0,v=k(i-i0)第15页，共57页，编辑于2022年，星期三三三.渗透系数的测定及影响因素渗透系数的测定及影响因素 室内试验测定方法室内试验测定方法野外试验测定方法野外试验测定方法2.2 2.2 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 2 2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 常水头试验法常水头试验法变水头试验法变水头试验法井孔抽水试验井孔抽水试验井孔注水试验井孔注水试验1.1.测定方法测定方法第16页，共57页，编辑于2022年，星期三2.2 2.2 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 2 2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 室内试验方法室内试验方法11常水头试验法常水头试验法三三.渗透系数的测定及影响因素渗透系数的测定及影响因素 1.1.测定方法测定方法结果整理结果整理试验装置：试验装置：如图如图试验条件试验条件:h，A，L=const量测变量量测变量:V，ti=h/LV=Qt=vAtv=ki适用土类：适用土类：透水性较大的砂性土透水性较大的砂性土第17页，共57页，编辑于2022年，星期三2.2 2.2 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 2 2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 三三.渗透系数的测定及影响因素渗透系数的测定及影响因素 1.1.测定方法测定方法 室内试验方法室内试验方法22变水头试验法变水头试验法试验装置：试验装置：如图如图试验条件试验条件:h变化变化，A，L=const量测变量量测变量:h，t透水性较小的粘性土透水性较小的粘性土常水头法仅适用于：常水头法仅适用于：透水性较大的砂性土透水性较大的砂性土第18页，共57页，编辑于2022年，星期三tt+t2.2 2.2 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 2 2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 三三.渗透系数的测定及影响因素渗透系数的测定及影响因素 1.1.测定方法测定方法 室内试验方法室内试验方法22变水头试验法变水头试验法结果整理结果整理:理论依据理论依据:t时刻：时刻：htdhdVe=-adhdVo=kiAdt=k(h/L)AdtdVe=dVo流入量流入量：流出量：流出量：连续性条件：连续性条件：-adh=k(h/L)Adt选择几组选择几组h1,h2,t，计算相应的，计算相应的k，取平均值，取平均值第19页，共57页，编辑于2022年，星期三2.2 2.2 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 2 2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 常水头试验常水头试验变水头试验变水头试验条件条件已知已知测定测定算定算定取值取值h=consth变化变化h，A，LV，t重复试验后，取均值重复试验后，取均值a，A，Lh，t 室内试验方法室内试验方法1.1.测定方法测定方法三三.渗透系数的测定及影响因素渗透系数的测定及影响因素 不同时段试验，取均值不同时段试验，取均值适用适用粗粒土粗粒土粘性土粘性土第20页，共57页，编辑于2022年，星期三 野外测定方法野外测定方法抽水试验和注水试验法抽水试验和注水试验法优点：可获得现场较为可优点：可获得现场较为可靠的平均渗透系数靠的平均渗透系数2.2 2.2 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 2 2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 1.1.测定方法测定方法三三.渗透系数的测定及影响因素渗透系数的测定及影响因素 地下水位测压管水面井抽水量抽水量Q Qr1rr2dhdrh1hh2不透水层不透水层观察井观察井A=2rhi=dh/dr缺点：费用较高，耗时较长缺点：费用较高，耗时较长实验方法：实验方法：理论依据：理论依据：第21页，共57页，编辑于2022年，星期三2.影响因素 粒径大小及级配孔隙比矿物成分结构构造2.2 2.2 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 2 2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 三三.渗透系数的测定及影响因素渗透系数的测定及影响因素 l水的动力粘滞系数l饱和度（含气量）对k影响很大，封闭气泡第22页，共57页，编辑于2022年，星期三四四.层状地基的等效渗透系数层状地基的等效渗透系数等效渗透系数确立各层的ki根据渗流方向确定等效渗流系数2.2 2.2 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 2 2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 天然土层多呈层状天然土层多呈层状第23页，共57页，编辑于2022年，星期三H1H2H3Hhk1k2k3xzq1xq3xq2xL四四.层状地基的等效渗透系数层状地基的等效渗透系数2.2 2.2 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 2 2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 1122不透水层不透水层水平渗流水平渗流条件条件:等效渗透系数等效渗透系数:qx=vxH=kxiHqix=kiiiHi第24页，共57页，编辑于2022年，星期三H1H2H3Hhk1k2k3xz四四.层状地基的等效渗透系数层状地基的等效渗透系数2.2 2.2 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 2 2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 竖直渗流竖直渗流:v承压水承压水条件条件:等效渗透系数等效渗透系数:vi=ki(h hi i/Hi)第25页，共57页，编辑于2022年，星期三水平渗流情形水平渗流情形垂直渗流情形垂直渗流情形条件条件已知已知等效等效推定推定2.2 2.2 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 2 2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 四四.层状地基的等效渗透系数层状地基的等效渗透系数第26页，共57页，编辑于2022年，星期三算例说明算例说明 2.2 2.2 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 2 2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 按层厚加权平均，由较大值控制按层厚加权平均，由较大值控制倒数层厚加权平均，由较小值控制倒数层厚加权平均，由较小值控制四四.层状地基的等效渗透系数层状地基的等效渗透系数第27页，共57页，编辑于2022年，星期三2.2 2.2 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 2 2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 一渗流中的水头与水力坡降一渗流中的水头与水力坡降二渗透试验与达西定律二渗透试验与达西定律三渗透系数的测定及影响因素三渗透系数的测定及影响因素能量方程能量方程渗流速度的规律渗流速度的规律渗透特性渗透特性四层状地基的等效渗透系数四层状地基的等效渗透系数地基的渗透系数地基的渗透系数第28页，共57页，编辑于2022年，星期三2.2 2.2 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 第二章第二章 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 2.3 2.3 平面渗流与流网平面渗流与流网 2.4 2.4 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形 第29页，共57页，编辑于2022年，星期三2.3 平面渗流与流网平面渗流与流网 Laplace方程方程一一.平面渗流的基本方程及求解平面渗流的基本方程及求解 连续性条件连续性条件假定：假定：2 2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 hh h恒定恒定稳定渗流稳定渗流h=h(x,z),v=v(x,z)取单宽：取单宽：dy=1与时间无关与时间无关达西定律达西定律平面渗流的基本方程平面渗流的基本方程 1.基本方程基本方程第30页，共57页，编辑于2022年，星期三一一.平面渗流的基本方程及求解平面渗流的基本方程及求解 2.3 平面渗流与流网平面渗流与流网 2 2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 与与kx,kz无关无关满足它的是两个共轭调合函数满足它的是两个共轭调合函数 势函数和流函数势函数和流函数 连续性条件连续性条件 达西定律达西定律假定假定 Laplace方程方程n 特点特点描述渗流场内部的测管水头的分布，是平描述渗流场内部的测管水头的分布，是平面稳定渗流的基本方程式面稳定渗流的基本方程式1.基本方程基本方程第31页，共57页，编辑于2022年，星期三一一.平面渗流的基本方程及求解平面渗流的基本方程及求解 2.求解方法求解方法 确定渗流场内各点的测确定渗流场内各点的测管水头管水头h的分布的分布2.3 平面渗流与流网平面渗流与流网 2 2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 基本方程基本方程边界条件边界条件定解条件定解条件第32页，共57页，编辑于2022年，星期三一一.平面渗流的基本方程及求解平面渗流的基本方程及求解 2.2.求解方法求解方法 解析方法解析方法2.3 平面渗流与流网平面渗流与流网 2 2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 试验比拟方法试验比拟方法 （电比拟方法）（电比拟方法）数值方法数值方法图解法图解法 流网流网近似求解方法近似求解方法 适用于边界条件简单的情况适用于边界条件简单的情况 通解：两个共轭调和函数通解：两个共轭调和函数势函数势函数(x,z)(x,z)流函数流函数(x,z)(x,z)等势线等势线流线流线相互正相互正交交边界条件边界条件特定解特定解差分法、有限元方法，精度高，应用愈来愈广泛差分法、有限元方法，精度高，应用愈来愈广泛 利用渗流场和电场均服从利用渗流场和电场均服从LaplaceLaplace方程这一特点，按一定比例制作模型，用电方程这一特点，按一定比例制作模型，用电场中的等势线和流线来模拟渗流场中的等势线和流线，以达到确定渗流场中渗流要素场中的等势线和流线来模拟渗流场中的等势线和流线，以达到确定渗流场中渗流要素的目的。的目的。理论基础：理论基础：解析法的结果解析法的结果第33页，共57页，编辑于2022年，星期三二二.流网的绘制及应用流网的绘制及应用 流流 网网渗流场中的两族相互正交曲线渗流场中的两族相互正交曲线等势线和流线所形成的网络状曲线等势线和流线所形成的网络状曲线簇。簇。流流 线线水质点运动的轨迹线。水质点运动的轨迹线。等势线等势线测管水头相同的点之连线测管水头相同的点之连线。流网法流网法通过绘制流线与势线的网络状曲线簇来求解渗流问题。通过绘制流线与势线的网络状曲线簇来求解渗流问题。2.3 平面渗流与流网平面渗流与流网 2 2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 H h0第34页，共57页，编辑于2022年，星期三 基本要求基本要求1.正交性：流线与等势线必须正交正交性：流线与等势线必须正交二二.流网的绘制及应用流网的绘制及应用 2.3 平面渗流与流网平面渗流与流网 2 2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 H h0lsls2.各个网格的长宽比各个网格的长宽比c应为常数。取应为常数。取c=1，即为曲边正方形即为曲边正方形3.在边界上满足流场边界条件要求，保证解的唯一性。在边界上满足流场边界条件要求，保证解的唯一性。第35页，共57页，编辑于2022年，星期三ABCDlsHh h00ls二二.流网的绘制及应用流网的绘制及应用 2.3 平面渗流与流网平面渗流与流网 2 2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 绘制方法绘制方法一个高精度的流网图，需经过多一个高精度的流网图，需经过多次的修改后才能完成。次的修改后才能完成。根据渗流场的根据渗流场的边界条件边界条件确定边界流线和首确定边界流线和首尾等势线尾等势线正交性正交性曲边正方形曲边正方形初步绘制流网初步绘制流网流线流线等势线等势线反复修改，调整反复修改，调整精度较高的流网图精度较高的流网图第36页，共57页，编辑于2022年，星期三 流网特点流网特点与上下游水位变化无关与上下游水位变化无关 h=const；与与k无关；无关；等势线上各点测管水头等势线上各点测管水头h相等。相等。二二.流网的绘制及应用流网的绘制及应用 2.3 平面渗流与流网平面渗流与流网 2 2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 H h0lsls第37页，共57页，编辑于2022年，星期三测管水头测管水头 h 实际应用实际应用 确定孔压确定孔压 确定流速确定流速 确定流量确定流量二二.流网的绘制及应用流网的绘制及应用 2.3 平面渗流与流网平面渗流与流网 2 2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 水力坡降水力坡降H h0lsls第38页，共57页，编辑于2022年，星期三2.2 2.2 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 第二章第二章 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 2.3 2.3 平面渗流与流网平面渗流与流网 2.4 2.4 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形 第39页，共57页，编辑于2022年，星期三2.4 2.4 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形 一一.渗透力渗透力 试验观察h=0 h=0 静水中，土骨架会受到浮力作用。静水中，土骨架会受到浮力作用。h0 h0 水在流动时，水流受到来自土骨架的阻力，同时流动的孔隙水对土骨架产生一水在流动时，水流受到来自土骨架的阻力，同时流动的孔隙水对土骨架产生一个摩擦、拖曳力。个摩擦、拖曳力。渗透力渗透力 j j 渗透作用中，孔隙水对土骨架的作用力，方向与渗流方向一致。渗透作用中，孔隙水对土骨架的作用力，方向与渗流方向一致。2 2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 渗透变形渗透变形渗透渗透力力h1hh200hwL土样土样滤网滤网贮水器贮水器ab第40页，共57页，编辑于2022年，星期三2.4 2.4 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形 一一.渗透力渗透力2 2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 h1hh200hwL土样土样滤网滤网贮水器贮水器a b土粒土粒渗渗 流流j第41页，共57页，编辑于2022年，星期三2.4 2.4 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形 2 2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 一一.渗透力渗透力h200hwL土样土样滤网滤网贮水器贮水器a bP2WP1R静水中的土体静水中的土体A=1W=LsatsatL(+w)P1=whwP2=wh2R=?R+P2=W+P1R+wh2=L(+w)+whw R=L 土水整体分析土水整体分析第42页，共57页，编辑于2022年，星期三2.4 2.4 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形 2 2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 一一.渗透力渗透力h1hh200hwL土样土样滤网滤网贮水器贮水器a bP2WP1R静水中的土体静水中的土体A=1W=LsatsatL(+w)P1=whwP2=wh1R=?R+P2=W+P1R+wh1=L(+w)+whw R=L whR=L 渗流中的土体渗流中的土体第43页，共57页，编辑于2022年，星期三2.4 2.4 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形 2 2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 一一.渗透力渗透力h1hh200hwL土样土样滤网滤网贮水器贮水器a bP2WP1R静水中的土体静水中的土体A=1R=L whR=L 渗流中的土体渗流中的土体向上渗流存在时，滤网支持力减少向上渗流存在时，滤网支持力减少减少的部分由谁承担？减少的部分由谁承担？水与土之间的作用力渗流的拖曳力水与土之间的作用力渗流的拖曳力总渗透力总渗透力J=wh渗透力渗透力j=J/V=wh/L=wij=wi第44页，共57页，编辑于2022年，星期三2.4 2.4 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形 2 2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 一一.渗透力渗透力h1hh200hwL土样土样滤网滤网贮水器贮水器a bP2WP1RA=1R=L wh渗流中的土体所受滤网支持力渗流中的土体所受滤网支持力向上渗流存在时，滤网支持力减少向上渗流存在时，滤网支持力减少临界水力坡降临界水力坡降i=h/L=/wicr=/wL wh=0第45页，共57页，编辑于2022年，星期三2.4 2.4 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形 2 2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 一一.渗透力渗透力P2WP1Rh1hh200hwL土土样样滤网滤网贮水器贮水器a bA=1P1+Ww+J=P2水体的平衡条件水体的平衡条件j=wiwhw+wL+jL=wh1WJWwJ=R+P2P1P1=whwP2=wh1Ww=Vvw+Vsw=Lw土水隔离分析土水隔离分析第46页，共57页，编辑于2022年，星期三2.4 2.4 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形 2 2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 一一.渗透力渗透力渗透力的性质渗透力的性质物理意义：物理意义：单位土体内土骨架所受到的渗透水流的拖曳力，它是体积力单位土体内土骨架所受到的渗透水流的拖曳力，它是体积力j=wi大小：大小：方向：方向：与渗流方向一致与渗流方向一致作用对象：作用对象：土骨架土骨架第47页，共57页，编辑于2022年，星期三2.4 2.4 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形 2 2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 一一.渗透力渗透力利用流网求渗透力利用流网求渗透力复杂条件总渗透力总渗透力大大 小：小：jx网格面积网格面积 方方 向：向：与流线一致与流线一致作用点：作用点：形心形心 流网较密处流网较密处i i较大，该处渗透力也大较大，该处渗透力也大不同位置的渗透力对土体稳定性的影响不同不同位置的渗透力对土体稳定性的影响不同H h0lsls第48页，共57页，编辑于2022年，星期三基本类型基本类型 二二.渗透变形（渗透破坏）渗透变形（渗透破坏）流土流土管涌管涌2.4 2.4 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形 2 2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 土工建筑物及地基由于渗流作用而出现的变形或破坏土工建筑物及地基由于渗流作用而出现的变形或破坏形成条件形成条件 防治措施防治措施 第49页，共57页，编辑于2022年，星期三粘性土粘性土k1k2砂性土砂性土k2坝体坝体1.1.基本类型基本类型 二二.渗透变形（渗透破坏）渗透变形（渗透破坏）流土流土在向上的渗透作用下，表层局部土体颗粒同时发生悬浮移动的现象在向上的渗透作用下，表层局部土体颗粒同时发生悬浮移动的现象2.4 2.4 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形 2 2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 渗流渗流原因：原因：第50页，共57页，编辑于2022年，星期三1.1.基本类型基本类型 二二.渗透变形（渗透破坏）渗透变形（渗透破坏）管涌管涌原因：原因：内因内因 有足够多的粗颗粒形成有足够多的粗颗粒形成大于细粒直径的孔隙大于细粒直径的孔隙外因外因渗透力足够大渗透力足够大 在渗流作用下，一定级配的无粘性土中的细小颗粒，通过较大颗粒所在渗流作用下，一定级配的无粘性土中的细小颗粒，通过较大颗粒所形成的孔隙发生移动，最终在土中形成与地表贯通的管道。形成的孔隙发生移动，最终在土中形成与地表贯通的管道。2.4 2.4 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形 2 2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 管涌管涌破坏第51页，共57页，编辑于2022年，星期三1.基本类型基本类型 流土与管涌的比较流土与管涌的比较 流土流土土体局部范围的颗粒同时发土体局部范围的颗粒同时发生移动生移动管涌管涌只发生在水流渗出的表层只发生在水流渗出的表层只要渗透力足够大，可发只要渗透力足够大，可发生在任何土中生在任何土中破坏过程短破坏过程短导致下游坡面产生局部滑动等导致下游坡面产生局部滑动等现象现象位置位置土类土类历时历时后果后果土体内细颗粒通过粗粒形成的孔土体内细颗粒通过粗粒形成的孔隙通道移动隙通道移动可发生于土体内部和渗流可发生于土体内部和渗流溢出处溢出处一般发生在特定级配的无一般发生在特定级配的无粘性土或分散性粘土粘性土或分散性粘土破坏过程相对较长破坏过程相对较长导致结构发生塌陷或溃口导致结构发生塌陷或溃口2.4 2.4 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形 2 2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 二二.渗透变形渗透变形 第52页，共57页，编辑于2022年，星期三2.2.形成条件形成条件Fs:安全系数安全系数1.52.02.4 2.4 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形 2 2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 二二.渗透变形渗透变形 i :允许坡降允许坡降i icr:土体处于稳定状态土体处于稳定状态土体发生流土破坏土体发生流土破坏土体处于临界状态土体处于临界状态流土流土经验判断：经验判断：第53页，共57页，编辑于2022年，星期三较均匀土较均匀土（Cu10Cu10）2.4 2.4 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形 2 2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 二二.渗透变形渗透变形 2.2.形成条件形成条件管涌管涌几何条件几何条件水力条件水力条件一般发生在无粘性土中一般发生在无粘性土中级配级配孔隙及细粒孔隙及细粒判定判定非管涌土非管涌土粗颗粒形成的粗颗粒形成的孔隙小于细颗粒孔隙小于细颗粒不均不均匀土匀土（Cu10Cu10）不连续不连续连续连续d d0 0=0.25d=0.25d2020细粒含量细粒含量35%35%细粒含量细粒含量25%25%细粒含量细粒含量=25-35%=25-35%d d0 0 d d5 5d d0 0=d=d3 3-d-d5 5管涌土管涌土过渡型土过渡型土非管涌土非管涌土非管涌土非管涌土管涌土管涌土过渡型土过渡型土几何条件几何条件P(%)lgd骨架骨架充填料充填料P53d5d3第54页，共57页，编辑于2022年，星期三水力条件：水力条件：i icr5 10 15 20 25 30 35 402.01.51.00.50icrCu流土流土过渡过渡管涌管涌2.4 2.4 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形 2 2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 二二.渗透变形渗透变形 2.2.形成条件形成条件Cu 20时时,icr =0.25-0.30 i=0.10-0.15苏联：苏联：中国：中国：水力坡降级配连续土级配不连续土破坏坡降icr0.20-0.400.1-0.3允许坡降i0.15-0.250.1-0.2第55页，共57页，编辑于2022年，星期三3.3.防治措施防治措施 增大增大 ii：下游增加透水盖重下游增加透水盖重 2.4 2.4 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形 2 2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 二二.渗透变形渗透变形防治流土土石坝防渗斜墙及铺盖浸润线透水层透水层不透水层不透水层减小减小i i ：上游延长渗径；上游延长渗径；下游减小水压下游减小水压防治管涌改善几何条件：改善几何条件：设反滤层等设反滤层等改善水力条件：改善水力条件：减小渗透坡降减小渗透坡降第56页，共57页，编辑于2022年，星期三小结小结2 2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 工程实例工程实例渗流问题渗流问题土的渗透性及土的渗透性及渗透规律渗透规律二维渗流二维渗流及流网及流网渗透力与渗透力与渗透变形渗透变形渗流中的水头与水力坡降渗流中的水头与水力坡降渗透试验与达西定律渗透试验与达西定律渗透系数的测定及影响因素渗透系数的测定及影响因素层状地基的等效渗透系数层状地基的等效渗透系数平面渗流的基本平面渗流的基本方程及求解方程及求解 流网的绘制流网的绘制及应用及应用 渗透力：渗透力：概念与计算概念与计算渗透变形：渗透变形：类型，条件，防治类型，条件，防治第57页，共57页，编辑于2022年，星期三
