土力学第二章土的渗透性和渗透问题.ppt

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1、土力学第二章土的渗透性和渗透问题 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题第二章第二章不同的土不同的土具有不同的渗透能力具有不同的渗透能力，主要由土的，主要由土的颗粒组颗粒组成和孔隙比等成和孔隙比等决定。决定。土的透水性定量指标是土的透水性定量指标是渗透系数渗透系数，渗透系数越大，渗透系数越大，表示土的透水能力强。表示土的透水能力强。渗透系数渗透系数通常可通过通常可通过室内试验或经验估算法室内试验或经验估算法来确定。来

2、确定。研究渗流问题的基本定律是研究渗流问题的基本定律是达西定律达西定律。渗流的作用是在土中产生渗流的作用是在土中产生渗透力渗透力，而渗透力的增大，而渗透力的增大将导致土体发生将导致土体发生流砂或管涌两种渗透变形流砂或管涌两种渗透变形。2.1 2.1 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 第二章第二章2.2 2.2 平面渗流与流网平面渗流与流网 Plane seepage and flow net

3、 2.3 2.3 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形 Seepage force and seepage deformaton 学习指导学习指导 n n学习目标学习目标 n n学习基本要求学习基本要求 n n参考学习进度参考学习进度 学习目标学习目标 n n 掌握土的渗透定律与渗透力计算方法，具掌握土的渗透定律与渗透力计算方法，具备对地基渗透变形进行正确分析的能力。备对地基渗透变形进行正确分析的能力。学习基本要求学习基本要求 n n掌握土的渗透定律掌握土的渗透定律掌握土的渗透定律掌握土的渗透定律 n n掌握二维渗流及流网绘制掌握二维渗流及流网绘制掌握二维渗流及流网绘制掌握二维渗流及流网绘制 n

4、n掌握土中渗流量计算掌握土中渗流量计算掌握土中渗流量计算掌握土中渗流量计算 n n掌握土中水的渗透力与地基渗透变形分析掌握土中水的渗透力与地基渗透变形分析掌握土中水的渗透力与地基渗透变形分析掌握土中水的渗透力与地基渗透变形分析 参考学习进度参考学习进度 内容内容学时学时（34学时）学时）学时学时（51学时）学时）渗透基本理论2.03.0流网及其工程应用1.01.5土中渗透力与渗透变形1.01.5合计4.06.0Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 碎散性碎散性多孔介质多孔介质三相体系三相体系孔

5、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、气等流体透过的性质土具有被水、气等流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概述概述能量差能量差压力差压力差渗流量渗流量渗透变形渗透变形土石坝土石坝防渗斜墙及铺盖防渗斜墙及铺盖浸润线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Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 概述概述渗水压

6、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墙板桩围护下的基坑渗流板桩围护下的基坑渗流Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 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QCh2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 概述概述渗流量渗流量原地下水位原地下水位渗流时地下水位渗流时地下水位渠道渗流

7、渠道渗流Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 概述概述渗流滑坡渗流滑坡渗流滑坡渗流滑坡Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 概述概述Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 概述概述Teton坝坝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

8、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Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 概述概述2.1 2.1 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil 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流试验与达西定律二渗流试验与达西定律三渗透系数的测定及影响因素三

9、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Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 渗流模型渗流模型 实际土体中的渗流仅是流经土粒间的孔隙实际土体中的渗流仅是流经土粒间的孔隙,由于土体孔隙由于土体孔隙的形状、大小及分布极为复杂的形状、大小及分布极为复杂,导致渗流水质点的运动轨迹很导致渗流水质点的运动轨迹很不规则不规则,如图如图2-2(a)所示。考虑到实际工程中并不需要了解具所示。考

10、虑到实际工程中并不需要了解具体孔隙中的渗流情况，可以对渗流作出如下二方面的简化。体孔隙中的渗流情况，可以对渗流作出如下二方面的简化。2.1 2.1 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 图2.2(a)水在土孔隙中的流动(b)渗流模型2.1 2.1 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil Ch2 Ch2 土

11、的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 图2.2(a)水在土孔隙中的流动(b)渗流模型渗流的简化渗流的简化：一一一一 是不考虑渗流路径的迂回曲折是不考虑渗流路径的迂回曲折是不考虑渗流路径的迂回曲折是不考虑渗流路径的迂回曲折，只分析它的主要流向；，只分析它的主要流向；，只分析它的主要流向；，只分析它的主要流向；二二二二 是不考虑土体中颗粒的影响，是不考虑土体中颗粒的影响，是不考虑土体中颗粒的影响，是不考虑土体中颗粒的影响，认为孔隙和土粒所占的认为孔隙和土粒所占的认为孔隙和土粒所占的认为孔隙和土粒所占的空间之总和均为

12、渗流所充满。空间之总和均为渗流所充满。空间之总和均为渗流所充满。空间之总和均为渗流所充满。作了这种简化后的渗流其实只是一种作了这种简化后的渗流其实只是一种作了这种简化后的渗流其实只是一种作了这种简化后的渗流其实只是一种假想假想假想假想的土体渗流，的土体渗流，的土体渗流，的土体渗流，称之为称之为称之为称之为渗流模型渗流模型渗流模型渗流模型 。（1 1 1 1）在）在）在）在同一过水断面同一过水断面同一过水断面同一过水断面，渗流模型的流量渗流模型的流量渗流模型的流量渗流模型的流量等于等于等于等于真实渗流真实渗流真实渗流真实渗流的流量的流量的流量的流量；（2 2 2 2）在）在）在）在任意截面上任意

13、截面上任意截面上任意截面上，渗流模型渗流模型渗流模型渗流模型的压力与的压力与的压力与的压力与真实渗流真实渗流真实渗流真实渗流的的的的压压压压力相等力相等力相等力相等；（3 3 3 3）在相同体积内，）在相同体积内，）在相同体积内，）在相同体积内，渗流模型渗流模型渗流模型渗流模型所受到的所受到的所受到的所受到的阻力阻力阻力阻力与真与真与真与真实渗实渗实渗实渗流所受到流所受到流所受到流所受到的阻力的阻力的阻力的阻力相等相等相等相等。2.1 2.1 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题

14、土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 使渗流模型在渗流特性上与真实的渗流相一使渗流模型在渗流特性上与真实的渗流相一致，它还应该符合以下要求：致，它还应该符合以下要求：渗透速度实际上是一种假想的平均速度！渗透速度实际上是一种假想的平均速度！n n原因：原因：原因：原因：假设水在土中渗流是通过整个土面积，而实际上水假设水在土中渗流是通过整个土面积，而实际上水假设水在土中渗流是通过整个土面积，而实际上水假设水在土中渗流是通过整个土面积，而实际上水仅通过土体中的孔隙仅通过土体中的孔隙仅通过土体中的孔隙仅通过土体中的孔隙n n结果：结果：

15、结果：结果：水在土体中渗流的实际平均速度（水在土体中渗流的实际平均速度（水在土体中渗流的实际平均速度（水在土体中渗流的实际平均速度（）比达西定律）比达西定律）比达西定律）比达西定律求得的值大得多。求得的值大得多。求得的值大得多。求得的值大得多。连续性原理2.1 2.1 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 一渗流中的水头与水力坡降一渗流中的水头与水力坡降ABL透水层透水层不透水层

16、不透水层基坑基坑板桩墙板桩墙2.1 2.1 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil ABLh1h2zAzBh h00基准面基准面水力坡降线水力坡降线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：一渗流中的水头与水力坡降一渗流中的水头与水力坡降2.1 2.1 土的

17、渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 试验前提试验前提：层流：层流断面平均流速断面平均流速水力坡降水力坡降（水力梯度）（水力梯度）1.1.渗透试验渗透试验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:量测变量量测变量:二渗透试验与达西定律二渗透试验与达西定律2.1 2.1 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage la

18、w of soil Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 2.达西定律达西定律 渗透定律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与水与水力坡降力坡降i i的一次方成正比，并与土的性的一次方成正比，并与土的性质有关。质有关。k:k:反映土的透水性能的比例系数，称为反映土的透水性能的比例系数，称为渗透系数渗透系数物理意义：物理意义：水力坡降水力坡降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二渗透

19、试验与达西定律二渗透试验与达西定律2.1 2.1 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 2.达西定律达西定律 渗透定律注意：注意：V V：假想渗流速度假想渗流速度，土体试样全断面的平均渗流速度，土体试样全断面的平均渗流速度V Vv v：实际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，孔隙断面的平均渗流速度二渗透试验与达西定律二渗透试验与达西定律2.1 2.1 土的渗透性

20、与渗透规律土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 适用条件适用条件层流（线性流）层流（线性流）大部分砂土，粉土；大部分砂土，粉土；疏松的粘土及砂性较重的粘性土。疏松的粘土及砂性较重的粘性土。2.达西定律达西定律二渗透试验与达西定律二渗透试验与达西定律2.1 2.1 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil Ch2 Ch2 土的渗

21、透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 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/so 两种特例两种特例粘性土：粘性土：致密的粘土致密的粘土 io2.达西定律达西定律二渗透试验与达西定律二渗透试验与达西定律2.1 2.1 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and

22、seepage problem of soil 起始水力梯度（水力坡降）i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2.1 2.1 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 1.1.测定方法测定方法 室内试验方法室内

23、试验方法1 1常水头试验法常水头试验法结果整理结果整理试验装置：如图试验装置：如图试验条件试验条件:h，A，L=const量测变量量测变量:Q，t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流体总体积流体总体积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2.1 2.1 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 1.1.测定方法测定方法 室内试验方法室内试验方法22

24、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2.1 2.1 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 1.1.测定方法测定方法 室内试验方法室内试

25、验方法22变水头试验法变水头试验法理论依据理论依据:t时刻：时刻：htdhdQe=-adhdQe=dQo流入量流入量：流出量：流出量：连续性条件：连续性条件：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2.1 2.1 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 1.1.测定方法测定方法起始水头高度时间定为时间定为t1,t2,水头为水头为h1,h2,常水头试验常水头试验变水头试验

26、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，LQ，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2.1 2.1 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 1.1.测定方法测定方法 野外测定方

27、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地下水位地下水位测压管水面测压管水面井井单位时间抽水量单位时间抽水量q qr1rr2dhdrh1hh2不透水层（无压完整井）不透水层（无压完整井）观察井观察井缺点：费用较高，耗时较长缺点：费用较高，耗时较长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2.1 2.1 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeabilit

28、y and seepage problem of soil 1.1.测定方法测定方法 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井井单位时间抽水量单位时间抽水量q qr1rr2dhdrh1hh2观察井观察井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2.1 2.1 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 1.1.测定方法测定方法 若在试验中不设观测井，

29、则需测定抽水井的水深h0，并确定其降水影响半径R，此时降水影响范围内的平均渗透系数为：H井半径降水影响半径井的水深无压非完整井参见书上无压非完整井参见书上P46公式！公式！不透水层（无压完整井）不透水层（无压完整井）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井井抽水量抽水量Q Q2r0R不透水层（无压非完整井）不透水层（无压非完整井）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2.1 2.1 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题

30、Permeability and seepage problem of soil 1.1.测定方法测定方法公式（2-8）P46Hh0hR的取值对k的影响不大，在无实测资料时可采用经验值计算。通常透水层（如卵石、砾石层）R=200m300m以上；中等透水层（如中砂、细砂等）R=100m200m左右。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2.1 2.1 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage probl

31、em of soil 1.1.测定方法测定方法经验估算法：经验估算法：1911年哈森（A.Hanzen）1955年太沙基（K.Terzaghi）有效粒径 mm渗透系数 cm/s粒径大小及级配粒径大小及级配孔隙比孔隙比矿物成分矿物成分结构结构l水的动力粘滞系数水的动力粘滞系数l饱和度（含气量）饱和度（含气量）对对k k影响很大，封闭影响很大，封闭气泡。气泡。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2.1 2.1 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题

32、Permeability and seepage problem of soil 2.2.影响因素影响因素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2.1 2.1 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 2.2.影响因素影响因素表2-1 土的渗透系数参考值P47土的类别土的类别k/cm/s土的类别土的类别k/cm/s粘土粘土 10-1细砂细砂10-3等效渗透系数确立各层的

33、确立各层的k ki i根据渗流方向确定等效渗流系数根据渗流方向确定等效渗流系数天然土层多呈层状天然土层多呈层状四层状地基的等效渗透系数四层状地基的等效渗透系数2.1 2.1 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil xzL1122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:四层状地基的等效渗透系数四层状地基的等效渗透系数2.1 2.1 土的渗透性与渗透规律土

34、的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil xzv承压水承压水条件条件:等效渗透系数等效渗透系数:vi=ki(hi/Hi)-竖直渗流竖直渗流四层状地基的等效渗透系数四层状地基的等效渗透系数2.1 2.1 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and

35、 seepage problem of soil 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四层状地基的等效渗透系数四层状地基的等效渗透系数2.1 2.1 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 算例说明算例说明 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，由较小值控制四层状地基的等效

36、渗透系数四层状地基的等效渗透系数2.1 2.1 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 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2.1 2.1 土的

37、渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil Ch2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 作业作业2-12-32-42-52-72.1 2.1 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 第二章第二章2.2 2.2 平面渗流与流网平面渗流与流

38、网 Plane seepage and flow net 2.3 2.3 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形 Seepage force and seepage deformaton 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：hh h恒定恒定稳定渗流稳定渗流取单宽：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2.2 2.2 平面渗流与流网平面渗流与流网 Plane seepage and flow netCh2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 P

39、ermeability and seepage problem of soil 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1.基本方程基本方程一一.平面渗流的基本方程及求解平面渗流的基本方程及求解 2.2 2.2 平面渗流与流网平面渗流与流网 Plane seepage and flow netCh2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 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 Laplace方程方程n 特点

40、特点描述渗流场内部的测管水头的分布，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是平面稳定渗流的基本方程式1.基本方程基本方程一一.平面渗流的基本方程及求解平面渗流的基本方程及求解 2.2 2.2 平面渗流与流网平面渗流与流网 Plane seepage and flow netCh2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 2.求解方法求解方法 确定渗流场内各点的确定渗流场内各点的测管水头测管水头h的分布的分布基本方程基本方程边界条件边界条件定解条件定解条件一一.平面渗流的基本方程及求解

41、平面渗流的基本方程及求解 2.2 2.2 平面渗流与流网平面渗流与流网 Plane seepage and flow netCh2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 解析方法解析方法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：通解：两个共轭调和函数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交相互正交边界条件

42、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 理论基础理论基础：解析法的结果解析法的结果2.求解方法求解方法 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 2.2 平面渗流与流网平面渗流与流网 Plane seepage and flow netCh2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 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簇。等势线和流线所形成的网络状曲线簇。流流

43、 线线水质点运动的轨迹线水质点运动的轨迹线 （稳定渗流流线和迹线重合稳定渗流流线和迹线重合）。）。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通过绘制流线与势线的网络状曲线簇 来求解渗流问题。来求解渗流问题。二二.流网的绘制及应用流网的绘制及应用 2.2 2.2 平面渗流与流网平面渗流与流网 Plane seepage and flow netCh2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil Hh0流网性质：流网性质：（1）流网是正交的；）流网是正

44、交的；（2）流网为曲边正方形；）流网为曲边正方形；（3）任意相邻等势线间的）任意相邻等势线间的水头损失相等；水头损失相等；（4）任意两相邻流线间的）任意两相邻流线间的单位渗流量相等。单位渗流量相等。流槽：流槽：相邻流线间的渗相邻流线间的渗流区。流区。二二.流网的绘制及应用流网的绘制及应用 2.2 2.2 平面渗流与流网平面渗流与流网 Plane seepage and flow netCh2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 基本要求基本要求1.正交性：正交性：流线与等势线必须正交流线与等势线必须

45、正交Hh0lsls2.各个网格的长宽比各个网格的长宽比c应为常数。应为常数。取取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。二二.流网的绘制及应用流网的绘制及应用 2.2 2.2 平面渗流与流网平面渗流与流网 Plane seepage and flow netCh2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil ABCDlsHh h00ls 绘制方法绘制方法根据渗流场根据渗流场的边界条件的边界条件确定边界流线确定边界流线

46、和首尾等势线和首尾等势线先按流动趋先按流动趋势画出流线，然势画出流线，然后根据流网正交后根据流网正交性画出等势线，性画出等势线，形成流网，经过形成流网，经过反复修正。反复修正。二二.流网的绘制及应用流网的绘制及应用 2.2 2.2 平面渗流与流网平面渗流与流网 Plane seepage and flow netCh2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil ABCDlsHh h00ls一个高精度的流网图，需经过一个高精度的流网图，需经过多次的修改后才能完成。多次的修改后才能完成。正交性正交性曲边正方形

47、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二二.流网的绘制及应用流网的绘制及应用 2.2 2.2 平面渗流与流网平面渗流与流网 Plane seepage and flow netCh2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 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。Hh0二二.流网的绘制及应用流网的绘制及应用 2.2 2.2

48、平面渗流与流网平面渗流与流网 Plane seepage and flow netCh2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 上下游水头差上下游水头差 h 实际应用实际应用 确定确定A孔压孔压 确定流速确定流速 确定流量确定流量水力坡降水力坡降Hh0二二.流网的绘制及应用流网的绘制及应用 2.2 2.2 平面渗流与流网平面渗流与流网 Plane seepage and flow netCh2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage prob

49、lem of soil A已知已知Hh0lsls测压管水位测压管水位:6m2.2 2.2 平面渗流与流网平面渗流与流网 Plane seepage and flow netCh2 Ch2 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil A4m9m2.1 2.1 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 Permeability and seepage law of soil 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 Permeability and seepage problem of soil 第二章第二章2.2 2

50、.2 平面渗流与流网平面渗流与流网 Plane seepage and flow net 2.3 2.3 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形 Seepage force and seepage deformaton 一一.渗透力（动水压力）渗透力（动水压力）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。h0h0 水在流动时，水流受到来自土骨架的阻力，同时流动的水在流动时，水流受到来自土骨架的阻力，同时流动的 孔隙水对土骨架孔隙水对土骨架产生一产生一个摩擦、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