第二章土的渗透及工程问题精选PPT.ppt
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1、第二章土的渗透及工程问题第1页,本讲稿共13页22 土的渗透及工程问题土石坝坝基坝身渗流防渗斜墙及铺盖防渗斜墙及铺盖2.1 概述概述土石坝土石坝2 土的渗透及工程问题板桩围护下的基坑渗流板桩墙板桩墙2.1 概述概述渗水压力浸润线浸润线渗流量基坑基坑渗流量不透水层不透水层透水层透水层渗透变形不透水层不透水层透水层透水层渗透变形扬压力2 土的渗透及工程问题水井渗流2.1 概述概述2 土的渗透及工程问题渠道渗流2.1 概述概述Q渗流量天然水面天然水面漏斗状漏斗状潜水潜水 面面透水层透水层渗流量渗流时地下水位原地下水位原地下水位不透水层不透水层PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创
2、建 第2页,本讲稿共13页2u v wh1 wu A wu B wi=32 土的渗透及工程问题2.1 概述概述2 土的渗透及工程问题2.1 概述概述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流量扬压力渗水压力挡水建筑物集水建筑物引水结构物渗流滑坡渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形渗透变形渗流滑坡基坑等地下施工多雨地区边坡土坡稳定分析土坡稳定分析2 土的渗透及工程问题2 土的渗透及工程问题2.2 达西定律及其适用范围达西定律及其适用范围2.2 达西定律及其适用范围达西定律及其适用范围一、渗流中的水头与水力坡降一、渗流中的水头与水力坡降板桩墙板桩墙基坑基坑A总水头
3、单位重量水体所具有的能量总水头单位重量水体所具有的能量h=z+w 2gu Az:位置水头:位置水头u/w:压力水头:压力水头zAV2/(2g):流速水头:流速水头0水力水力AL坡降坡降线线BhuBh2zB透水层透水层LB总水头:总水头:h=z+u w0测管水头测管水头基准面基准面0不透水层不透水层A点总水头:点总水头:h1 =z A +B点总水头:点总水头:h 2 =z B +水头差:水头差:h=h1 h 2水力坡降:水力坡降:hLPDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 第3页,本讲稿共13页qhAviv42 土的渗透及工程问题2.2 达西定律及其适用范围达西定律及其适用
4、范围2 土的渗透及工程问题2.2 达西定律及其适用范围达西定律及其适用范围二、达西定律二、达西定律1.渗透试验渗透试验2.达西定律达西定律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,称为渗透系数试验前提:层流试验前提:层流试验装置:如图试验装置:如图试验条件试验条件:h1,A,L=const量测变量量测变量:h2,Q,T试验结果试验结果渗透定律v iv=k i物理意义:水力坡降物理意义:水力坡降i1时的渗流速度时的渗流速度单位:单位:mm/s,cm/s,m/s,m/day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的一次方成正比的
5、一次方成正比,并与土的性质有关。,并与土的性质有关。注意:注意: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h=h1-h2q=Q/TQAvs: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h,qA,qL,qq AhL断面平均流速断面平均流速 v=水力坡降水力坡降 i=ALv iAvn=AA AvqvA vsAvv vs=vn2 土的渗透及工程问题三、达西定律的适用范围三、达西定律的适用范围2.2 达西定律及其适用范围达西定律及其适用范围2 土的渗透及工程问题两种特例:两种特例:2.2 达西定律及其适用范围达西定律及
6、其适用范围适用条件:适用条件:层流(线性流)层流(线性流)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Re=v d10(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/svvcrov=ki m(m i0,v=k(i-i0)PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 oi0i第4页,本讲稿共13页L理论依据理论依据:dt=kA ht=dt=lnk=ln52 土的渗透及工程问题2.3 渗透系数的测定及影响因素
7、渗透系数的测定及影响因素一、测定方法一、测定方法2 土的渗透及工程问题 2.3 渗透系数的测定及影响因素渗透系数的测定及影响因素 室内试验方法室内试验方法1常水头试验法常水头试验法试验装置:如图试验装置:如图试验条件试验条件:h,A,L=const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量测变量量测变量:Q,t结果整理结果整理Q=qt=vAth土样土样井孔注水试验井孔注水试验v=kii=h/Lk=QLAhtAqQ适用土类:透水性较大的砂性土适用土类:透水性较大的砂性土透水性较小的粘性土透水性较小的粘
8、性土?室内试验方法室内试验方法2变水头试验法变水头试验法2 土的渗透及工程问题 2.3 渗透系数的测定及影响因素渗透系数的测定及影响因素2 土的渗透及工程问题 2.3 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方法室内试验方法2变水头试验法变水头试验法 室内试验方法室内试验方法2变水头试验法变水头试验法试验装置:如图试验装置: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,tqA土样土样h1Lt=t1t=t2h2水头水头测管测管开关开关adtt时刻:时刻:h dh流入量:流入量:dQe=-adh流出量:流出量:dQo=kiAdt=k(h/L)Adt连续
9、性条件:连续性条件:dQe=dQoaL dh-adh=k(h/L)Adtt aL h 2 dh aL h10 kA h1 h kA h 2aL h1At h 2QA土样土样h1Ldhht=t1tt+dtt=t2h2水头水头测管测管开关开关a结果整理结果整理: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PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 第5页,本讲稿共13页渗透系数渗透系数k(10-3cm/s)观察井观察井dhr22hh1不透水层不透水层h2287654262 土的渗透及工程问题 2.3 渗透系数的测定及影响因素渗透系数的测定及影响因素
10、 野外测定方法抽水试验和注水试验法野外测定方法抽水试验和注水试验法实验方法:实验方法:2 土的渗透及工程问题 2.3 渗透系数的测定及影响因素渗透系数的测定及影响因素二、渗透系数的影响因素二、渗透系数的影响因素理论依据:理论依据:A=2rh i=dh/drQ=Aki=2rh kdr抽水量抽水量Q井井r1r2rdhdrk=f(土土 粒粒 特特 性性、流流 体体 特特 性性)drQrQ lnr1=2khdh积分积分=k(h 2 h 1)地下水位地下水位测压管水面测压管水面优点: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粒径大小及级配孔隙比矿物成分结构饱和度(含气量)水的
11、动力粘滞系数k=Q ln(r2 /r1)h 2 h 1缺点:费用较高,耗时较长缺点:费用较高,耗时较长2 土的渗透及工程问题 2.3 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.土粒特性的影响土粒特性的影响粒径大小及级配:是土中孔隙直径大小的主要影响因素;因由粗颗粒形粒径大小及级配:是土中孔隙直径大小的主要影响因素;因由粗颗粒形成的大孔隙可被细颗粒充填,故土体孔隙的大小一般由细颗粒所控制。成的大孔隙可被细颗粒充填,故土体孔隙的大小一般由细颗粒所控制。孔隙比:是单位土体中孔隙体积的直接度量;对于砂性土,渗透系数孔隙比:是单位土体中孔隙体积的直接度量;对于砂性土,渗透系数k一般随孔隙比一般
12、随孔隙比e增大而增大。增大而增大。矿物成分:对粘性土,影响颗粒的表面力;不同粘土矿物之间渗透系矿物成分:对粘性土,影响颗粒的表面力;不同粘土矿物之间渗透系数相差极大,其渗透性大小的次序为高岭石数相差极大,其渗透性大小的次序为高岭石伊里石伊里石蒙脱石;塑性指蒙脱石;塑性指数数Ip综合反映土的颗粒大小和矿物成份,常是渗透系数的参数。综合反映土的颗粒大小和矿物成份,常是渗透系数的参数。2 土的渗透及工程问题 2.3 渗透系数的测定及影响因素渗透系数的测定及影响因素2.流体特性的影响流体特性的影响饱和度的影响饱和度的影响封闭气泡对封闭气泡对k影响很大,可影响很大,可减少有效渗透面积,还可减少有效渗透面
13、积,还可以堵塞孔隙的通道以堵塞孔隙的通道流体粘滞性的影响流体粘滞性的影响温度高温度高3结构:影响孔隙的构成和方向性,对粘性土影响更大;在宏观构造上,结构:影响孔隙的构成和方向性,对粘性土影响更大;在宏观构造上,天然沉积层状粘性土层,常使得天然沉积层状粘性土层,常使得 k水平水平 k垂直垂直;在微观结构上,当孔隙;在微观结构上,当孔隙比相同时,凝聚结构将比分散结构具有更大的透水性。比相同时,凝聚结构将比分散结构具有更大的透水性。粘滞性低粘滞性低渗透系数大渗透系数大8090饱和度饱和度 sr(%)100PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 第6页,本讲稿共13页h1条件条件
14、:vH ivHHHhivH vH ik zk iH 1 H k i k x =HHi72 土的渗透及工程问题 2.3 渗透系数的测定及影响因素渗透系数的测定及影响因素三、层状地基的等效渗透系数三、层状地基的等效渗透系数天然土层多呈层状天然土层多呈层状2 土的渗透及工程问题 2.3 渗透系数的测定及影响因素渗透系数的测定及影响因素水平渗流水平渗流条件条件:等效渗透系数确立各层的确立各层的ki考虑考虑渗流方向渗流方向ii =i=Lqx =qixH=Hi等效渗透系数等效渗透系数:1q1xq2x闸板zk1k22hH1H2xHqx=vxH=kxiHq3xk3H3qix=kiiiHik x =H k i
15、H i1L2不透水层不透水层2 土的渗透及工程问题 2.3 渗透系数的测定及影响因素渗透系数的测定及影响因素竖直渗流竖直渗流2 土的渗透及工程问题 2.3 渗透系数的测定及影响因素渗透系数的测定及影响因素vi =v等效渗透系数等效渗透系数:hi =k ih=k zk z =k ii1k zh=h i H=Hivi =k iHi=i vz承压水承压水k1k2k3hH1H2H3xH算例算例 k i HHk z =k iiH1 =1.0m,k1 =0.01m/dayH 2 =1.0m,k 2 =1m/dayH 3 =1.0m,k 3 =100m/day=33.67m/day 按层厚加权平均,由较大值
16、控制按层厚加权平均,由较大值控制=0.03m/day 倒数按层厚加权平均,由较小值控制倒数按层厚加权平均,由较小值控制PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 第7页,本讲稿共13页Aaa(1923)1PS 试想:xy zy y 82 土的渗透及工程问题2.4 渗流作用下土的应力状态渗流作用下土的应力状态孔隙流体孔隙流体 三相体系2.4 渗流作用下土的应力状态一、饱和土有效应力的基本概念一、饱和土有效应力的基本概念饱和土中的应力形态 a-a断面通过土断面通过土颗粒的接触颗粒的接触点点土土固体颗粒骨架+孔隙水孔隙水 +孔隙气体孔隙气体受外荷载作用受外荷载作用总应力总应力A:土
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