自考 工程地质及土力学 .pptx

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1、 3 3.3 .3 二维渗流与流网二维渗流与流网3 3.2 .2 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 3 3.5 5 渗流情况下的孔隙水压力与有效应力渗流情况下的孔隙水压力与有效应力3 3.4 4 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形3 3.1 .1 概述概述第1页/共28页3.4 3.4 渗透力及渗透变形渗透力及渗透变形nh=0 =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。nh0 0 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产生一个摩擦、拖曳力。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产生一个摩擦、拖曳力。渗透力渗透力j：渗

2、透作用中，孔隙水对土骨架：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的作用力，方向与渗流方向一致一、渗透力土粒土粒渗渗 流流渗透力渗透力 j=fs=w h/L=wi第2页/共28页 渗透力的存在，将使土体内部受力发生变化，这种变渗透力的存在，将使土体内部受力发生变化，这种变化对土体稳定性有显著的影响。化对土体稳定性有显著的影响。3.4.1 3.4.1 渗透力渗透力 1点，渗流力方向与重力方向一致，促使土体压密、强度提高，对稳定有利。2点，3点，渗流力方向近水平，使土粒产生向下游移动的趋势，对稳定不利。4点渗流力与重力方向相反，当渗透力大于土体的有效重度，土粒将被水流冲出，对稳定不利

3、。第3页/共28页3.4.1 3.4.1 渗透力渗透力物理意义：物理意义：单位土体内土骨架所受到的渗透水流的拖曳力，它是一种体积力单位土体内土骨架所受到的渗透水流的拖曳力，它是一种体积力F大小：大小：j j=wwi iF方向：方向：与水力梯度方向一致与水力梯度方向一致F作用对象：作用对象：土骨架土骨架第4页/共28页3.4.2 3.4.2 临界水力梯度临界水力梯度砂土中的有效重度（浮重度）砂土中的有效重度（浮重度）为为 ，当当 j 时，砂土将被时，砂土将被渗透力所悬浮，失去其稳定性；渗透力所悬浮，失去其稳定性；h1hh200hwL土样土样滤网滤网贮水器贮水器a bicr=/w icr取决于土取

4、决于土的物理性质的物理性质当当 j=时，砂土将处于悬时，砂土将处于悬浮的临界状态，此时的水力梯浮的临界状态，此时的水力梯度称为度称为临界水力梯度临界水力梯度 icr。第5页/共28页流土（流砂）3.4.3 3.4.3 渗透变形（渗透破坏）渗透变形（渗透破坏）土工建筑物及地基由于渗透作用而出现的变形或破坏土工建筑物及地基由于渗透作用而出现的变形或破坏称为称为渗透变形渗透变形或或渗透破坏渗透破坏。1 1、由于渗流力（渗透力）的作用，、由于渗流力（渗透力）的作用，使土体颗粒流失或局部使土体颗粒流失或局部 土体产生移土体产生移动，导致土体变形甚至失稳。动，导致土体变形甚至失稳。管涌滑坡、水库塌岸，岸坡

5、、土坝在水位降落时滑动，挡土墙等结构物失稳2、由于渗流作用，使水压力或浮力、由于渗流作用，使水压力或浮力发生变化，导致土体或结构物失稳。发生变化，导致土体或结构物失稳。第6页/共28页一、流土（流砂）n流土：流土：在在向上向上的渗透作用下，土体表面局部隆起，或者的渗透作用下，土体表面局部隆起，或者土颗粒群同时发生悬浮、移动的现象。土颗粒群同时发生悬浮、移动的现象。粘性土粘性土k1k2砂性土砂性土k2坝体坝体渗流渗流F 原因：原因：与土的密实度有关与土的密实度有关3.4.3 3.4.3 渗透变形（渗透破坏）渗透变形（渗透破坏）表层隆起，砂粒涌出，整块土体被抬起第7页/共28页一、流土（流砂）3.

6、4.3 3.4.3 渗透变形（渗透破坏）渗透变形（渗透破坏）第8页/共28页地震引起的砂土液化一、流土（流砂）3.4.3 3.4.3 渗透变形（渗透破坏）渗透变形（渗透破坏）第9页/共28页n任何类型的土，只要水力坡降达到一定的大小，都可发任何类型的土，只要水力坡降达到一定的大小，都可发生流土破坏。生流土破坏。一、流土（流砂）3.4.3 3.4.3 渗透变形（渗透破坏）渗透变形（渗透破坏）建筑在双层地基上，表层为透水性较小且厚度较薄的黏土层，下卧层为渗透性较大的无粘性土。地基为均匀的砂土层，不均匀系数Cu10外因：渗透力足够大外因：渗透力足够大 渗流渗流过程演示过程演示1.在渗透水流作用下，在

7、渗透水流作用下，细颗粒在粗颗粒形细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中移动流成的孔隙中移动流失失2.孔隙不断扩大，渗流孔隙不断扩大，渗流速度不断增加，较速度不断增加，较粗颗粒也相继被水粗颗粒也相继被水带走带走3.形成贯穿的渗流通道，形成贯穿的渗流通道，造成土体塌陷造成土体塌陷第11页/共28页二、管涌3.4.3 3.4.3 渗透变形（渗透破坏）渗透变形（渗透破坏）第12页/共28页三、流土与管涌的比较3.4.3 3.4.3 渗透变形（渗透破坏）渗透变形（渗透破坏）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，只要渗

8、透力足够大，可发生在任何土中可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土体内细颗粒通过粗粒形成的孔隙通道移动的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一般发生在特定级配的无粘性土或分散性粘土无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第13页/共28页 在一定的水力梯度下开始出现管涌现象，短期内细土粒停止流失，土体尚能承受更大的水力梯度；继续增大水力梯度，也只是增大渗流量，出现大泉眼，或

9、者流土。无粘性土往往水力梯度不大就会出现管涌。粘性土（除分散性土外）只能引起流土，即使水力梯度很大也不会出现管涌。3.4.3 3.4.3 渗透变形（渗透破坏）渗透变形（渗透破坏）流土型土流土型土 管涌型土管涌型土 过渡型土过渡型土产生渗透变形的土类：第14页/共28页四、渗透变形的判别3.4.3 3.4.3 渗透变形（渗透破坏）渗透变形（渗透破坏）渗透破坏状态渗透破坏状态临界状态临界状态稳定状态稳定状态ic icr根据渗流出口处的水力梯度根据渗流出口处的水力梯度ic，判断渗流的可能性：，判断渗流的可能性：第15页/共28页五、渗透变形防治措施3.4.3 3.4.3 渗透变形（渗透破坏）渗透变形

10、（渗透破坏）降低水力梯度在溢出处增设反滤层降低水头降低水头加长渗流路径加长渗流路径加盖压层在下游设计减压井、减压沟第16页/共28页3 3.5 5 渗流情况下的孔隙水渗流情况下的孔隙水 压力与有效应力压力与有效应力一、饱和土体中的有效应力原理 把饱和土体中由孔隙水来承担或传递的压力定把饱和土体中由孔隙水来承担或传递的压力定义为义为孔隙水压力孔隙水压力孔隙水压力孔隙水压力，常以，常以u u表示。表示。其值等于该点的测其值等于该点的测压管水柱高度压管水柱高度 h hww，与水的重度，与水的重度 的乘积。的乘积。作用于土颗粒骨架上并有效地改变了土 的力学性质的作用力，称为有效应力有效应力。第17页/

11、共28页3 3.5 5 渗流情况下的孔隙水渗流情况下的孔隙水 压力与有效应力压力与有效应力一、饱和土体中的有效应力原理aa孔隙水压力和有效应力之和称为孔隙水压力和有效应力之和称为总应力总应力。太沙基提出的有效应力原理第18页/共28页3 3.5 5 渗流情况下的孔隙水渗流情况下的孔隙水 压力与有效应力压力与有效应力二、在静水条件下的孔隙水压力和有效应力h2h1粘土层粘土层satsat水水 w w第19页/共28页3 3.5 5 渗流情况下的孔隙水渗流情况下的孔隙水 压力与有效应力压力与有效应力三、在稳定渗流下的孔隙水压力和有效应力（一）渗流方向由上向下（一）渗流方向由上向下hwhh2h1砂层，

12、排水砂层，排水粘土层粘土层satsat水水 w w第20页/共28页3 3.5 5 渗流情况下的孔隙水渗流情况下的孔隙水 压力与有效应力压力与有效应力三、在稳定渗流下的孔隙水压力和有效应力（二）渗流方向由下向上（二）渗流方向由下向上hhwh2h1砂层，承压水砂层，承压水粘土层粘土层satsat水水 w w第21页/共28页3 3.5 5 渗流情况下的孔隙水渗流情况下的孔隙水 压力与有效应力压力与有效应力三、在稳定渗流下的孔隙水压力和有效应力hhwh2h1砂层，承压水砂层，承压水粘土层粘土层satsat水水 w w（三）发生流土的临界条件（三）发生流土的临界条件第22页/共28页3 3.5 5

13、渗流情况下的孔隙水渗流情况下的孔隙水 压力与有效应力压力与有效应力三、在稳定渗流下的孔隙水压力和有效应力静水条件和渗流情况下的应力情况比较静水条件和渗流情况下的应力情况比较第23页/共28页例 有一粘土层位于两砂层之间，地下水位线位于地表以下1.5m处，其砂土(水面以上)的重度=17.6 kN/m3，饱和重度sat=19.6kN/m3；粘土层的饱和重度sat=20.6kN/m3，如图所示，若下层砂中有承压水，其测压管水位高出地面3m，计算：粘土层内的总应力、孔隙水压力及有效应力变化，并绘制其沿深度的分布图（假定承压水头全部损失在粘土层中）；要使粘土层发生流砂，则下层砂中有承压水引起的测压管水位

14、应高出地面多少？渗流情况下的有效应力和孔隙水压力渗流情况下的有效应力和孔隙水压力第24页/共28页解：在粘土层中承压水头全部损失，故 面中按静水条件计算，先计算总应力及孔隙水压力，然后按照有效应力原理，即，计算有效应力，具体如下表：(2)要发生流砂，则，故应使：对于成层地基，发生流沙的临界条件为有效应力为零。第25页/共28页渗流情况下的有效应力和孔隙水压力渗流情况下的有效应力和孔隙水压力第26页/共28页识 记1、渗透力和临界水利梯度的概念；2、渗透破坏的主要类型；3、有效应力原理的意义；4、孔隙水压力和有效应力的具体意义。领 会1、渗透力的计算和临界水力梯度的确定；2、流土、管涌发生的水力条件和防治措施；3、有效应力对土体变形和强度的作用与影响；4、静水条件和渗流条件下孔隙水压力和有效应力的计算。有效应力在土力学中的应用。应 用第27页/共28页感谢您的观看！第28页/共28页