土力学第三章吐得渗透性.ppt

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1、土力学第三章吐得渗透性 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3-1概述概述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、气等流体在土体等多孔介质水、气等流体在土体等多孔介质的孔隙中流动的现象的孔隙中流动的现象渗透性渗透性土体等多孔介质具有被水、气等土体等多孔介质具有被水、气等流体透过的性质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能量差能量差

2、土颗粒土颗粒土中水土中水渗流渗流22.2.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与水力坡降与水力坡降i的一次方成正比，并与土的性质有关。的一次方成正比，并与土的性质有关。二.渗透试验与达西定律注意：注意：AAvv：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vs：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: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：物理意义：水力坡降水力坡降i1 1时的渗流速度时的渗

3、流速度单位：单位：mm/s,cm/s,m/s,m/day3 适用条件：适用条件：层流（线性流）层流（线性流）二.渗透试验与达西定律岩土工程中的绝大多数渗流问岩土工程中的绝大多数渗流问题，包括砂土或一般粘土，均题，包括砂土或一般粘土，均属层流范围属层流范围在粗粒土孔隙中，水流形态可在粗粒土孔隙中，水流形态可能会随流速增大呈紊流状态，能会随流速增大呈紊流状态，渗流不再服从达西定律。渗流不再服从达西定律。可用雷诺数可用雷诺数Re进行判断：进行判断：Re5时层流时层流Re 200时紊流时紊流200 Re 5时为过渡区时为过渡区 4（1）粗粒土：）粗粒土：砾石类土中的渗流常不符合达西定律砾石类土中的渗流

4、常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/sivovcrivoi0 两种特例：两种特例：（2）粘性土：）粘性土：致密的粘土致密的粘土 i i0,v=k(i-i0)二.渗透试验与达西定律5三三.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63.3 3.3 渗透力与渗透破坏类型渗透力与渗透破坏类型 一一.渗透力渗透力1、试验观察渗透变形渗透变形渗透力渗透力二二.渗透变形（渗透破坏

5、）渗透变形（渗透破坏）2、物理本质3、计算方法土水整体分析土水整体分析土水隔离分析土水隔离分析7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：与与 i 方向一致（均质土与方向一致（均质土与渗流方向一致）渗流方向一致）作用对象：作用对象：土骨架土骨架一.渗透力8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 9粘性土粘性土k1k2砂性土砂性土k2坝体坝

6、体1.1.基本类型基本类型 二.渗透变形（渗透破坏）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渗流渗流原因：原因：和土的密实程度有关和土的密实程度有关101.1.基本类型基本类型 管涌原因：原因：内因内因 有足够多的粗颗粒形有足够多的粗颗粒形成大于细粒径的孔隙通道成大于细粒径的孔隙通道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。粒所形成的孔隙发生移动，最终在土中

7、形成与地表贯通的管道。管涌管涌破坏二.渗透变形（渗透破坏）111.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，可只要渗透力足够大，可发生在任何土中发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土体内细颗粒通过粗粒形成的孔隙通道移动孔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

8、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二.渗透变形 122.2.形成条件形成条件Fs:安全系数安全系数1.52.0二.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：无压重时：无压重时：133.4 3.4 有效应力原理有效应力原理土土孔隙水孔隙水固体颗粒骨架+三相体系对所受总应力，骨架和孔隙流体如何分担？对所受总应力，骨架和孔隙流体如何分担？孔隙气体孔隙气体+总应力总应力总应力由土骨架和孔隙流体共同承受总应力

9、由土骨架和孔隙流体共同承受它们如何传递和相互转化？它们如何传递和相互转化？它们对土的变形和强度有何影响？它们对土的变形和强度有何影响？受外荷载作用受外荷载作用TerzaghiTerzaghi（19231923）有效应力原理有效应力原理固结理论固结理论土力学成为独立的学科土力学成为独立的学科孔隙流体孔隙流体14孔隙水压力的作用孔隙水压力的作用l 对土颗粒间摩擦、土粒的破碎没有贡献，对土颗粒间摩擦、土粒的破碎没有贡献，并且水不能承受剪应力，因而孔隙水压力并且水不能承受剪应力，因而孔隙水压力对土的强度没有直接的影响；对土的强度没有直接的影响；l 它在各个方向相等，只能使土颗粒本身它在各个方向相等，只

10、能使土颗粒本身受到等向压力，由于颗粒本身压缩模量很受到等向压力，由于颗粒本身压缩模量很大，故土粒本身压缩变形极小。因而孔隙大，故土粒本身压缩变形极小。因而孔隙水压力对变形也没有直接的影响，土体不水压力对变形也没有直接的影响，土体不会因为受到水压力的作用而变得密实。会因为受到水压力的作用而变得密实。变形的原因变形的原因l 颗粒间克服摩擦相对滑移、滚动颗粒间克服摩擦相对滑移、滚动与与 有关；有关；l 接触点处应力过大而破碎接触点处应力过大而破碎与与 有关。有关。试想：海底与土粒间的接触压力哪一种情况下大？1mz=u=0.01MPa104mz=u=100MPa强度的成因强度的成因 凝聚力和摩擦凝聚力

11、和摩擦与与 有有关关一.有效应力原理的基本概念（2 2）（1 1）土的变形与强度都只取决于有效应力土的变形与强度都只取决于有效应力151.自重应力情况自重应力情况 二二.饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算(1)(1)静水条件静水条件地下水位地下水位海洋土海洋土毛细饱和区毛细饱和区(2)(2)稳定渗流条件稳定渗流条件16二.饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算(1)(1)静水条件静水条件 地下水位地下水位地下水位下降引起地下水位下降引起 增大的部分增大的部分H H1 1H H2 2=-u uu=u=w wH H2 2u=u=w wH H2 2=-u-u =H H1

12、 1+satsatH H2 2-w wH H2 2 =H H1 1+(+(satsat-w w)H)H2 2 =H H1 1+HH2 2地下水位下降会引起地下水位下降会引起增大，土会产生增大，土会产生压缩，这是城市抽水压缩，这是城市抽水引起地面沉降的主要引起地面沉降的主要原因之一。原因之一。17Hh砂层，砂层，承压水承压水粘土层粘土层satsatHh砂层，砂层，排水排水satsat(2)(2)稳定渗流条件稳定渗流条件3.5 3.5 有效应力原理有效应力原理3 土体中的应力计算1.1.自重应力情况自重应力情况二.饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算 向上渗流向上渗流向下渗流向下渗流18土水整体分析土水整体分析A向上渗流向上渗流:向下渗流向下渗流:二.饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算 Hh砂层，砂层，承压水承压水粘土层粘土层satsat渗流压密渗流压密渗透压力渗透压力:19