第2章 土的渗透性优秀课件.ppt
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1、第2章 土的渗透性第1页,本讲稿共50页2本章特点本章特点学习要点学习要点主要难点主要难点有较严格的理论(水流的一般规律)有较严格的理论(水流的一般规律)有经验性规律(散粒体多孔介质特性)有经验性规律(散粒体多孔介质特性)注重对物理概念和意义的深入理解注重对物理概念和意义的深入理解注意土是散粒体(多孔介质)这一特点注意土是散粒体(多孔介质)这一特点 水头及水力坡降水头及水力坡降渗透力及其分析方法渗透力及其分析方法2 土的渗透性和渗流问题 第2页,本讲稿共50页32.1 概述?2.2 土的渗透性?2.4 二维渗流与流网?2.4 渗透力和渗透变形2 土的渗透性和渗流问题 第3页,本讲稿共50页2
2、土的渗透性和渗流问题 碎散性碎散性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土颗粒土中水渗流第4页,本讲稿共50页2.12.1概述渗流量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2 土的渗透性和渗流问题 第5页,本讲稿共50页6渗水压力渗流量渗透变形透水层透水层不透水层不透水层基坑基坑板
3、桩墙板桩围护下的基坑渗流2 土的渗透性和渗流问题 2.12.1概述第6页,本讲稿共50页7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漏斗状潜水面漏斗状潜水面Q2 土的渗透性和渗流问题 2.12.1概述第7页,本讲稿共50页8渗流量原地下水位渗流时地下水位渠道渗流2 土的渗透性和渗流问题 2.12.1概述第8页,本讲稿共50页9渗流滑坡渗流滑坡2 土的渗透性和渗流问题 2.12.1概述第9页,本讲稿共50页10渗流量渗透变形渗流滑坡土的渗透性及渗透规律土的渗透性及渗透规律渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形土坡稳定分析土坡稳定分析挡水建筑物 集水建筑物 引水结构物 基坑等地下施工多雨
4、地区边坡2 土的渗透性和渗流问题 2.12.1概述第10页,本讲稿共50页112.1 概述2.2 土的渗透性?2.4 二维渗流与流网?2.4 渗透力和渗透变形2 土的渗透性和渗流问题 第11页,本讲稿共50页122.2 土的渗透性与渗透规律 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 土的渗透性和渗流问题 第12页,本讲稿共50页13ABL2.22.2土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 透水层不透水层基坑板桩墙2 土的渗透性和渗流问题 一渗流
5、中的水头与水力坡降第13页,本讲稿共50页14ABL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总水头总水头单位重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:2.22.2土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 2 土的渗透性和渗流问题 水头差:水头差:测管水头第14页,本讲稿共50页152 土的渗透性和渗流问题 2.22.2土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 问题1:何种情况发生渗流?静水中有渗流发生么?问
6、题2:水在水里流动有水头损失么?第15页,本讲稿共50页二二.渗透试验与达西定律渗透试验与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=const,A=const L=const量测变量量测变量:h2,V,Th=h1-h2Q=V/T2.22.2土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 2 土的渗透性和渗流问题 第16页,本讲稿共50页2.2.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
7、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流速度单位:单位:mm/s,cm/s,m/s,m/day2.22.2土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 2 土的渗透性和渗流问题 第17页,本讲稿共5
8、0页182.2.达西定律达西定律 适用条件:适用条件:层流(线性流)层流(线性流)2.22.2土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 2 土的渗透性和渗流问题 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 两种特例:两种特例:(1)粗粒土:)粗粒土:颗粒很粗的砾石类土中的渗流,颗粒很粗的砾石类土中的渗流,水流形态可能会随流速增大呈水流形态可能会随流速增大呈紊流状态,渗流不再服从达西紊流状态,渗流不再服从达西定律。定律。可用临界雷诺数可用临界雷诺数Re进行判断:进行判断:Re5时层流时层流Re
9、 200时紊流时紊流200 Re 5时为过渡区时为过渡区 vovcri第18页,本讲稿共50页192.2.达西定律达西定律或者或者用临界流速用临界流速v vcrcr来划分来划分vcr=0.30.5cm/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)2.22.2土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 2 土的渗透性和渗流问题 二.渗透试验与达西定律第19页,本讲稿共50页三三.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
10、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2.22.2土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 2 土的渗透性和渗流问题 20第20页,本讲稿共50页21 室内试验方法室内试验方法1 1常水头试验法常水头试验法三.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=const,A=const,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2.22.2土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 2 土的渗透性
11、和渗流问题 hL土样AVQ 室内试验方法室内试验方法2 2变水头试验法变水头试验法透水性较小的粘性土透水性较小的粘性土?第21页,本讲稿共50页22三.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2 2变水头试验法变水头试验法试验装置:如图试验条件试验条件:h变化变化,A=const,L=const量测变量量测变量:h,t2.22.2土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 2 土的渗透性和渗流问题 土样At=t1h1t=t2h2LQ水头测管开关a第22页,本讲稿共50页23三.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2 2变
12、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:hdtdhdVe=-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2.22.2土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 2 土的渗透性和渗流问题 土样At=t1h1t=t2h2LQ水头测管开关ahdhtt+dt第23页,本讲稿共50页 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
13、数靠的平均渗透系数1.1.测定方法测定方法三.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观察井井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:2.12.1土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 2 土的渗透性和渗流问题 积积分分第24页,本讲稿共50页2.影响因素 粒径大小及级配孔隙比矿物成分结构饱和度(含气量)三.渗透系数的测定及影响因素 水的动力粘滞系数2.22.2土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 2 土的渗透性和渗流问题 第25页,本讲稿共50
14、页262.2.影响因素影响因素 三.渗透系数的测定及影响因素 2.22.2土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 2 土的渗透性和渗流问题 粒径大小及级配: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。(1)土的特性的影响)土的特性的影响孔隙比: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一般随孔隙比一般随孔隙比e增大而增大。增大而增大。矿
15、物成分: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利石伊利石蒙脱石;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。结构: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,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
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