山东建筑大学土力学第3章 土的渗透性及渗流1.ppt

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1、土的渗透性及渗流土的渗透性及渗流第第 3 章章 3 3土的渗透性及渗流土的渗透性及渗流本章内容本章内容n n3.1 概述概述n n3.2 土的渗透性土的渗透性n n3.3土中二维渗流及流网土中二维渗流及流网n n3.4渗透破坏及控制渗透破坏及控制 3 3土的渗透性及渗流土的渗透性及渗流3.1概述概述名词：渗透性、渗流渗透性研究主要内容：1、渗流量问题；2、渗透破坏问题；3、渗流控制问题。3.2土的渗透性土的渗透性3.2.1渗流的基本概念渗流的基本概念伯努利定理：速度水头压力水头位置水头注意：水在土中渗流速度很慢由速度引起的水头不计水力梯度：水力梯度：3 3土的渗透性及渗流土的渗透性及渗流3.2

2、土的渗透性土的渗透性3.2.2 土的层流渗透定律土的层流渗透定律层流层流：相邻两个水分子运动轨迹相互平行而不混流。：相邻两个水分子运动轨迹相互平行而不混流。达西定律：达西定律：单位渗流量：单位渗流量：断面平均渗透速度：断面平均渗透速度：密实粘土：密实粘土：起始水力坡降起始水力坡降因较大的粘滞阻力因较大的粘滞阻力密实粘性土的渗透速度与水力梯度的关系：密实粘性土的渗透速度与水力梯度的关系：砾类土和巨粒土：砾类土和巨粒土：紊流紊流 非线性非线性假想平均流速，不是孔隙中水的实际平均流速 3 3土的渗透性及渗流土的渗透性及渗流3.2.3渗透试验与渗透系数渗透试验与渗透系数3.2土的渗透性土的渗透性渗透系

3、数的测定方法：渗透系数的测定方法：1 1、室内渗透试验：、室内渗透试验：常水头法常水头法变水头法变水头法2 2、现场测定渗透系数、现场测定渗透系数井孔抽水试验井孔抽水试验3、影响渗透系数的、影响渗透系数的主要因素主要因素：（1 1）土的粒度成分：（）土的粒度成分：（2 2）土的密实度：）土的密实度：（3 3）土的饱和度：）土的饱和度：（4 4）土的结构：）土的结构：（5 5）水的温度：）水的温度：（6 6）土的构造：）土的构造：3 3土的渗透性及渗流土的渗透性及渗流3.2土的渗透性土的渗透性4 4、渗透系数的经验确定方法、渗透系数的经验确定方法松砂松砂密实砂土密实砂土粘性土粘性土5 5、成层土

4、的等效渗透系数、成层土的等效渗透系数（1 1）与层面平行的与层面平行的渗流情况渗流情况：注意：此情况通过各土层相注意：此情况通过各土层相同距离的水头损失均相同同距离的水头损失均相同（2 2）与层面垂直的与层面垂直的渗流情况渗流情况:注意：通过整个土层的单位渗流注意：通过整个土层的单位渗流量必等于通过各土层的渗流量量必等于通过各土层的渗流量 3 3土的渗透性及渗流土的渗透性及渗流3.2土的渗透性土的渗透性（1）水平渗流）水平渗流各层土的水头损失相同，水力坡降也相同，即各层土的水头损失相同，水力坡降也相同，即各层土的单位宽度上的流量为各层土的单位宽度上的流量为断面的单宽流量为各层土单宽流量之和，即

5、断面的单宽流量为各层土单宽流量之和，即断面的单宽流量用等效渗透系数表示为断面的单宽流量用等效渗透系数表示为因此因此 3 3土的渗透性及渗流土的渗透性及渗流3.2土的渗透性土的渗透性（2）垂直渗流）垂直渗流单位面积上的各层土的流量相等，即单位面积上的各层土的流量相等，即总水头差为：总水头差为：用等效渗透系数用等效渗透系数 表示：表示：因此因此 3 3土的渗透性及渗流土的渗透性及渗流3.33.3土中二维渗流及流网土中二维渗流及流网3.3.1 二维渗流方程二维渗流方程1、基本假设、基本假设（1）饱和土体；（）饱和土体；（2）土颗粒和水不可压缩；（）土颗粒和水不可压缩；（3）土骨架不变形。）土骨架不变

6、形。2、渗流方程渗流方程取渗流单元体。根据取渗流单元体。根据假设和流量假设和流量连续即单元连续即单元体流入水量体流入水量=流出水量，推导方程。流出水量，推导方程。（此即著名的拉普拉斯方程。在一定的边界条件下，可以求解出水头场。）此即著名的拉普拉斯方程。在一定的边界条件下，可以求解出水头场。）3 3土的渗透性及渗流土的渗透性及渗流3.33.3土中二维渗流及流网土中二维渗流及流网1 1、流网的、流网的特征特征：（1 1）流线与等势线互相正交；）流线与等势线互相正交；（2 2）流线与等势线构成的各网格的长宽比为常数；）流线与等势线构成的各网格的长宽比为常数；（3 3）相邻等势线之间的水头损失相等；）

7、相邻等势线之间的水头损失相等；（4 4）各个流槽的渗流量相等。）各个流槽的渗流量相等。2 2、流网绘制、流网绘制（1 1）按比例绘出结构物和土层剖面图；）按比例绘出结构物和土层剖面图；（2 2）判定边界条件；）判定边界条件；（3 3）试绘流线；）试绘流线；（4 4）加绘等势线。）加绘等势线。3.3.2 流网特征及绘制流网特征及绘制 3 3土的渗透性及渗流土的渗透性及渗流3.33.3土中二维渗流及流网简介土中二维渗流及流网简介3、渗流量的计算、渗流量的计算总水头损失总水头损失等势线条数减等势线条数减1每个流槽的渗流量：每个流槽的渗流量：若若b/L构成构成1，总渗流量为：，总渗流量为：流槽的数量，

8、等于流槽的数量，等于流线数减流线数减1 3 3土的渗透性及渗流土的渗透性及渗流3.4渗透破坏与控制渗透破坏与控制3.4.1渗流力渗流力单位体积土颗粒所受到的渗流作用力为渗流力单位体积土颗粒所受到的渗流作用力为渗流力计算公式：计算公式：注意注意：渗流力是一种体积力，大小与：渗流力是一种体积力，大小与水力梯度成正比，方向与渗流方向一致水力梯度成正比，方向与渗流方向一致。3.4.23.4.2流砂或流土现象流砂或流土现象在向上的渗流力作用下，粒间有效应力为零时，颗在向上的渗流力作用下，粒间有效应力为零时，颗粒群发生悬浮、移动的现象。粒群发生悬浮、移动的现象。临界水力梯度：临界水力梯度：注意注意：流砂现象的：流砂现象的防治原则防治原则 3 3土的渗透性及渗流土的渗透性及渗流3.4渗透破坏与控制渗透破坏与控制3.3.3管涌现象和潜蚀作用管涌现象和潜蚀作用管涌的定义：管涌的定义：潜蚀的定义：潜蚀的定义：管涌产生的条件管涌产生的条件：（1 1）几何条件；）几何条件；（2 2）水力条件。）水力条件。管涌的防治措施管涌的防治措施：（1 1）改变几何条件；）改变几何条件；（2 2）改变水力条件。）改变水力条件。3 3土的渗透性及渗流土的渗透性及渗流