第二章土的渗透性最终确定PPT讲稿.ppt

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1、第1页，共67页，编辑于2022年，星期三土体中的渗流土体中的渗流土颗粒土颗粒土中水土中水渗流渗流n土是一种碎散的多孔介质，其土是一种碎散的多孔介质，其孔隙在空间互相连通。当饱和孔隙在空间互相连通。当饱和土中的两点存在能量差时，水土中的两点存在能量差时，水就在土的孔隙中从能量高的点就在土的孔隙中从能量高的点向能量低的点流动向能量低的点流动F 水在土体孔隙中流动的现象称为水在土体孔隙中流动的现象称为渗流渗流F 土具有被水等流体透过的性质称为土的土具有被水等流体透过的性质称为土的渗透性渗透性2.1概述概述第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律第2页，共67页，编辑于2022年，星期三碎散性

2、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在土体孔隙中流动的现象水在土体孔隙中流动的现象渗透性渗透性土体被水透过的性能土体被水透过的性能渗透特性渗透特性强度特性强度特性变形特性变形特性能量差能量差2.1概述概述第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律第3页，共67页，编辑于2022年，星期三渗漏渗漏(渗流量问题渗流量问题)因渗透而引起的水量损失，影响闸坝蓄水等经济效益。如：坝、因渗透而引起的水量损失，影响闸坝蓄水等经济效益。如：坝、围堰、水库、集水建筑物等。围堰、水库、集水建筑物等。渗透稳定渗透稳定(渗透变形问题渗透变形问题):土的稳定性受到渗流破坏，土体颗

3、粒流失，关系工程成败。如：土的稳定性受到渗流破坏，土体颗粒流失，关系工程成败。如：水工建筑物地基、挡水建筑物等。水工建筑物地基、挡水建筑物等。渗流控制问题：渗流控制问题：当渗流量或渗透变形不满足设计要求时，要研究如何采取当渗流量或渗透变形不满足设计要求时，要研究如何采取工程措施进行渗流控制。工程措施进行渗流控制。土的渗透性研究主要包括以下三个方面土的渗透性研究主要包括以下三个方面渗流模型：渗流模型：1、不考虑渗流路径的迂回曲折，只分析它的主、不考虑渗流路径的迂回曲折，只分析它的主 要流向；要流向；2、不考虑土体中颗粒的影响，认为孔隙和土粒、不考虑土体中颗粒的影响，认为孔隙和土粒 所占的空间之和

4、均为渗流所充满。所占的空间之和均为渗流所充满。2.1概述概述第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律第4页，共67页，编辑于2022年，星期三滑坡第5页，共67页，编辑于2022年，星期三溃坝第6页，共67页，编辑于2022年，星期三管涌第7页，共67页，编辑于2022年，星期三2.1概述概述渗流量渗流量渗透变形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土石坝坝基坝身渗流第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律第8页，共67页，编辑于2022年，星期三2.1概述概述渗水压力渗水压力渗流量渗流量渗透变形渗透变形透水层透水层不透水层不透水层基坑基坑

5、板桩墙板桩围护下的基坑渗流板桩围护下的基坑渗流第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律第9页，共67页，编辑于2022年，星期三2.1概述概述渗流量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水井渗流漏斗状潜水面漏斗状潜水面Q第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律第10页，共67页，编辑于2022年，星期三2.1概述概述渗流量渗流量原地下水位渗流时地下水位渠道渗流渠道渗流第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律第11页，共67页，编辑于2022年，星期三2.1概述概述渗流滑坡渗流滑坡渗流滑坡渗流滑坡第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律第12页，共67

6、页，编辑于2022年，星期三2.1概述概述渗流量渗流量渗透变形渗透变形渗水压力渗水压力渗流滑坡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挡水建筑物 集水建筑物集水建筑物 引水结构物引水结构物 基坑等地下施工基坑等地下施工边坡渗流边坡渗流第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律第13页，共67页，编辑于2022年，星期三F水头与水力坡降水头与水力坡降F土的渗透试验与土的渗透试验与达西定律达西定律F渗透系数的测定及渗透系数的测定及影响因素影响因素F层状地基的等效渗层状地基的等效渗透系数透系数土

7、的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律渗流的驱动能量渗流的驱动能量反映渗流特点的定律反映渗流特点的定律土的渗透性土的渗透性一维渗流计算一维渗流计算第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律2.2 2.2 土的渗透试验和达西定律土的渗透试验和达西定律 第14页，共67页，编辑于2022年，星期三n位置水头：位置水头：到基准面的竖直距离，代表单到基准面的竖直距离，代表单位重量的液体从基准面算起所具有的位位重量的液体从基准面算起所具有的位置势能置势能n压力水头：压力水头：水压力所能引起的自由水水压力所能引起的自由水面的升高，表示单位重量液体所具有面的升高，表示单位重量液体所具有的压力势能的压力势

8、能n测管水头：测管水头：测管水面到基准面的垂直测管水面到基准面的垂直距离，等于位置水头和压力水头之和，距离，等于位置水头和压力水头之和，表示单位重量液体的总势能表示单位重量液体的总势能n在静止液体中各点的测管水头相等在静止液体中各点的测管水头相等位置、压力和测管水头位置、压力和测管水头zA00ABu0pazB基准面基准面静水静水第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律2.2 2.2 土的渗透试验和达西定律土的渗透试验和达西定律 第15页，共67页，编辑于2022年，星期三水流动的驱动力水流动的驱动力水往低处流水往低处流水往高处水往高处“跑跑”速度速度v压力压力u位置：位置：使水流从位置势

9、能高使水流从位置势能高处流向位置势能低处处流向位置势能低处流速：流速：水具有的动能水具有的动能压力：压力：水所具有的压力势能水所具有的压力势能也可使水流发生流动也可使水流发生流动第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律2.2 2.2 土的渗透试验和达西定律土的渗透试验和达西定律 第16页，共67页，编辑于2022年，星期三n位置势能：位置势能：mgzn压力势能：压力势能：00基准面基准面质量质量 m压力压力 u流速流速 vzn动能：动能：n总能量：总能量：称为总水头，是水流动的驱称为总水头，是水流动的驱动力动力n单位重量水流的能量：单位重量水流的能量：水流动的驱动力水流动的驱动力-水头水

10、头第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律2.2 2.2 土的渗透试验和达西定律土的渗透试验和达西定律 第17页，共67页，编辑于2022年，星期三渗流中的水头与水力坡降渗流中的水头与水力坡降ABL透水层透水层不透水层不透水层基坑基坑板桩墙渗流为水体的流动，应满足液渗流为水体的流动，应满足液体流动的三大基本方程：体流动的三大基本方程：连续连续性方程性方程、能量方程能量方程、动量方动量方程程第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律2.2 2.2 土的渗透试验和达西定律土的渗透试验和达西定律 第18页，共67页，编辑于2022年，星期三ABLhAzA基准面基准面n 总水头：总水头：单位

11、重量水体所具有的能量单位重量水体所具有的能量 位置水头位置水头Z Z：水体的位置势能（任选基准面）：水体的位置势能（任选基准面）压力水头压力水头u/w：水体的压力势能（：水体的压力势能（u孔隙水压力）孔隙水压力）流速水头流速水头V2/(2g)：水体的动能（对渗流多处于层流：水体的动能（对渗流多处于层流0）n 渗流的总水头：渗流的总水头：渗流问题的水头渗流问题的水头也称也称测管水头测管水头，是渗流的总，是渗流的总驱动能，渗流总是从水头高驱动能，渗流总是从水头高处流向水头低处处流向水头低处第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律2.2 2.2 土的渗透试验和达西定律土的渗透试验和达西定律 第

12、19页，共67页，编辑于2022年，星期三 A A点总水头：点总水头：水力坡降水力坡降ABLhAhBzAzBh h基准面基准面水力坡降线水力坡降线 B B点总水头：点总水头：二点总水头差：反映了两点二点总水头差：反映了两点间水流由于摩阻力造成的能间水流由于摩阻力造成的能量损失量损失 水力坡降水力坡降 i：单位渗流长度上的水头损失：单位渗流长度上的水头损失第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律2.2 2.2 土的渗透试验和达西定律土的渗透试验和达西定律 第20页，共67页，编辑于2022年，星期三2.2 2.2 土的渗透试验和达西定律土的渗透试验和达西定律 一一Darcy定律定律二二Da

13、rcy定律的适用范围定律的适用范围三渗透试验简介三渗透试验简介水在土中渗透的基本规律水在土中渗透的基本规律四影响渗透系数的因素四影响渗透系数的因素第二章第二章 土的渗透性土的渗透性 五层状地基的等效渗透系数五层状地基的等效渗透系数第21页，共67页，编辑于2022年，星期三h1h2L2.2 2.2 土的渗透试验和达西定律土的渗透试验和达西定律 一一.Darcy.Darcy定律定律Darcy Darcy 定律定律: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 v与水力坡降与水力坡降i i的一次方成正比。的一次方成正比。k: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

14、的比例系数，称为渗透系数物理意义：水力坡降物理意义：水力坡降i 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/daymm/s,cm/s,m/s,m/day水力坡降：水力坡降：第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律第22页，共67页，编辑于2022年，星期三2.2 2.2 土的渗透试验和达西定律土的渗透试验和达西定律 注意：注意：AAvV 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V Vs s：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 VsA第二章第二章

15、土中水的运动规律土中水的运动规律第23页，共67页，编辑于2022年，星期三2.2 2.2 土的渗透试验和达西定律土的渗透试验和达西定律 二二.达西定律达西定律适用条件适用条件上限：粗粒土上限：粗粒土 vvcr砾石类土中的渗流不符合达西定律砾石类土中的渗流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/s可以用粒径来描述可以用粒径来描述Darcy定律的范围定律的范围 ivovcrivoi0层流（线性流）层流（线性流）大部分砂土，粉土；疏松的黏土及砂性较重的黏性土大部分砂土，粉土；疏松的黏土及砂性较重的黏性土 两种特例两种特例下限：黏性土下限：黏性土(结合水膜的影响）结合

16、水膜的影响）致密的黏土致密的黏土 ii0,v=k(i-i0)第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律第24页，共67页，编辑于2022年，星期三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2.2 2.2 土的渗透试验和达西定律土的渗透试验和达西定律 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三三.渗透试验简介渗透试验简介 第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律第25页，共67页，编辑于2022年，星期三2.2 2.2 土的渗透试验和达西定律土的渗透试验和达西定律 1.1.室内试验方法室内试验方法11常水头试

17、验法常水头试验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，A，L=const量测变量量测变量:Q，t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三三.渗透试验简介渗透试验简介 第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律第26页，共67页，编辑于2022年，星期三2.1 2.1 土的渗透试验和达西定律土的渗透试验和达西定律 2.2.室内试验方法室内试验方法22变水头试验法变水头试验法试验装置：试验装置：如图如图试验条件试验条件:h变化变化，A，L=const，a量测变量量测变量:h，t透水性较小的黏性土透水性较小的黏性土常水头法仅适用于：常水头法仅适用于：

18、透水性较大的砂性土透水性较大的砂性土 三三.渗透试验简介渗透试验简介 土试料的透水量=测压管中水下降的体积第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律第27页，共67页，编辑于2022年，星期三tt+t2.2 2.2 土的渗透试验和达西定律土的渗透试验和达西定律 结果整理结果整理:理论依据理论依据:t时刻：时刻：htdh流入量流入量：流出量：流出量：连续性条件：连续性条件：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，取平均值三三.渗透试验简介渗透试验简介 渗水量随h的减小而增加第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律第28页，共67页，编辑于2022年，星期三2

19、.2 2.2 土的渗透试验和达西定律土的渗透试验和达西定律 常水头试验常水头试验变水头试验变水头试验条件条件已知已知测定测定算定算定取值取值h=consth变化变化h，A，LQ，t重复试验后，取均值重复试验后，取均值a，A，Lh，t3.3.室内试验方法室内试验方法不同时段试验，取均值不同时段试验，取均值适用适用粗粒土粗粒土黏性土黏性土三三.渗透试验简介渗透试验简介 第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律第29页，共67页，编辑于2022年，星期三4.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数靠的平均渗透系

20、数2.2 2.2 土的渗透试验和达西定律土的渗透试验和达西定律 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井观察井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：三三.渗透试验简介渗透试验简介 第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律第30页，共67页，编辑于2022年，星期三2.2 2.2 土的渗透试验和达西定律土的渗透试验和达西定律 5.渗透系数的应用渗透系数的应用 通过室内渗透试验（常水头、变水头）测定。渗通过室内渗透试验（常水头、变水头）测定。渗 透系数可用做判断透水强弱，

21、选择坝体填筑土料。透系数可用做判断透水强弱，选择坝体填筑土料。强透水层强透水层中等透水层中等透水层相对不透水层相对不透水层K10-2cm/sK=10-310-5cm/sK伊里石伊里石蒙脱石蒙脱石 ；当黏土中含有；当黏土中含有可交换的钠离子越多时，其渗透性可交换的钠离子越多时，其渗透性将越低将越低n塑性指数塑性指数IpIp综合反映土的颗粒大小综合反映土的颗粒大小和矿物成份，常是渗透系数的参数和矿物成份，常是渗透系数的参数 土的性质土的性质 水的性质水的性质粒径大小及级配粒径大小及级配孔隙比孔隙比矿物成分矿物成分结构结构第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律2.2 2.2 土的渗透试验和达

22、西定律土的渗透试验和达西定律 四四.渗透系数的影响因素渗透系数的影响因素 第36页，共67页，编辑于2022年，星期三n影响孔隙系统的构成和方向性，对黏影响孔隙系统的构成和方向性，对黏性土影响更大性土影响更大n在宏观构造上，天然沉积层状黏性土在宏观构造上，天然沉积层状黏性土层，扁平状黏土颗粒常呈水平排列，层，扁平状黏土颗粒常呈水平排列，常使常使k k水平水平 k k垂直垂直n在微观结构上，当孔隙比相同时，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凝聚结构将比分散结构具有更大的透水性透水性 土的性质土的性质 水的性质水的性质粒径大小及级配粒径大小及级配孔隙比孔隙比矿物成分矿物成

23、分结构结构第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律2.2 2.2 土的渗透试验和达西定律土的渗透试验和达西定律 四四.渗透系数的影响因素渗透系数的影响因素 第37页，共67页，编辑于2022年，星期三饱和曲线饱和曲线含水量含水量 wWop干容重干容重 d max 1含水量含水量 w渗透系数渗透系数 k絮状结构絮状结构 分散结构分散结构 土的性质土的性质 水的性质水的性质粒径大小及级配粒径大小及级配孔隙比孔隙比矿物成分矿物成分结构结构第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律2.2 2.2 土的渗透试验和达西定律土的渗透试验和达西定律 四四.渗透系数的影响因素渗透系数的影响因素 第38

24、页，共67页，编辑于2022年，星期三n水的动力粘滞系数：水的动力粘滞系数：温度温度，水粘滞性，水粘滞性，k k n饱和度（含气量）：封闭气泡对饱和度（含气量）：封闭气泡对k k影响很大，可减少有效渗透面积，影响很大，可减少有效渗透面积，还可以堵塞孔隙的通道还可以堵塞孔隙的通道 土的性质土的性质 水的性质水的性质粒径大小及级配粒径大小及级配孔隙比孔隙比矿物成分矿物成分结构结构第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律2.2 2.2 土的渗透试验和达西定律土的渗透试验和达西定律 四四.渗透系数的影响因素渗透系数的影响因素 第39页，共67页，编辑于2022年，星期三等效渗透系数确立各层的ki

25、根据渗流方向确定等效渗流系数2.2土的渗透试验和达西定律土的渗透试验和达西定律天然土层多呈层状天然土层多呈层状五五.层状地基的等效渗透系数层状地基的等效渗透系数第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律第40页，共67页，编辑于2022年，星期三H1H2H3Hhk1k2k3xzq1xq3xq2xL五五.层状地基的等效渗透系数层状地基的等效渗透系数2.2土的渗透试验和达西定律土的渗透试验和达西定律1122不透水层不透水层水平渗流水平渗流条件条件:等效渗透系数等效渗透系数:qx=vxH=kxiHqix=kiiiHi第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律第41页，共67页，编辑于2022

26、年，星期三H1H2H3Hhk1k2k3xz五五.层状地基的等效渗透系数层状地基的等效渗透系数2.2土的渗透试验和达西定律土的渗透试验和达西定律竖直渗流竖直渗流:v承压水承压水条件条件:等效渗透系数等效渗透系数:vi=ki(h hi i/Hi)第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律第42页，共67页，编辑于2022年，星期三水平渗流情形水平渗流情形垂直渗流情形垂直渗流情形条件条件已知已知等效等效推定推定2.2土的渗透试验和达西定律土的渗透试验和达西定律五五.层状地基的等效渗透系数层状地基的等效渗透系数第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律第43页，共67页，编辑于2022年，星期

27、三算例说明算例说明 2.2土的渗透试验和达西定律土的渗透试验和达西定律按层厚加权平均，由较大值控制按层厚加权平均，由较大值控制倒数层厚加权平均，由较小值控制倒数层厚加权平均，由较小值控制五五.层状地基的等效渗透系数层状地基的等效渗透系数第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律第44页，共67页，编辑于2022年，星期三水平成层土的平均渗透系数将取决于最透水土层的厚度和渗透性垂直成层土的平均渗透系数将取决于最不透水土层的厚度和渗透性2.2土的渗透试验和达西定律土的渗透试验和达西定律第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律第45页，共67页，编辑于2022年，星期三2.3 2.3 渗透

28、力和渗透破坏渗透力和渗透破坏 一、渗流作用下土的应力状态一、渗流作用下土的应力状态（一）静水条件下土的有效应力与中性应力（一）静水条件下土的有效应力与中性应力1、总应力、总应力作用在截面上水柱和土的重量为：作用在截面上水柱和土的重量为：a点的点的应应力力：2、中性应力、中性应力a点孔隙内的水所具有的静水点孔隙内的水所具有的静水压压力力为为：2.3 渗透力和渗透破坏渗透力和渗透破坏第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律第46页，共67页，编辑于2022年，星期三3.有效应力有效应力2.3 渗透力和渗透破坏渗透力和渗透破坏 a点除了作用有孔隙水点除了作用有孔隙水压压力外，力外，还还有土有土

29、颗颗粒之粒之间传递间传递的有效的有效应应力，它直接由土力，它直接由土颗颗粒的接触点粒的接触点传递压传递压力，完全作用在土体骨架上而影响骨架土粒的力，完全作用在土体骨架上而影响骨架土粒的结结构构变变形，故称形，故称为为有效有效应应力力 。第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律第47页，共67页，编辑于2022年，星期三（二）渗流作用下土的有效应力（二）渗流作用下土的有效应力2.3 渗透力和渗透破坏渗透力和渗透破坏水通过土层向下渗流水通过土层向下渗流 水通过土层向上渗流水通过土层向上渗流 1、水通过土层向下渗流、水通过土层向下渗流水面水面 ,保持不保持不变变动动水水压压力力总应力总应力 有

30、效应力有效应力 渗流作用铅直向下时，能使土的有效应力增加。渗流作用铅直向下时，能使土的有效应力增加。2、水通过土层向上渗流、水通过土层向上渗流渗流作用铅直向上时，则渗流引起的孔隙水压力可使土渗流作用铅直向上时，则渗流引起的孔隙水压力可使土的有效应力减小，影响土的渗透稳定。的有效应力减小，影响土的渗透稳定。第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律第48页，共67页，编辑于2022年，星期三二二.渗透力和渗透变形渗透力和渗透变形 试验观察h=0 h=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。h0 h0 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

31、个摩水在流动时，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。擦、拖曳力。渗透力渗透力 j j 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。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。渗透变形渗透变形渗透渗透力力h1hh222hwL土样土样滤网滤网贮水器贮水器ab2.3 渗透力和渗透破坏渗透力和渗透破坏111.渗透力渗透力第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律第49页，共67页，编辑于2022年，星期三h1hh200hwL土样土样滤网滤网贮水器贮水器a b土粒土粒渗渗 流流j2.3 渗透力和渗透破坏渗透力和渗透破坏1.1.渗透力渗透力第

32、二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律第50页，共67页，编辑于2022年，星期三h200hwL土样土样滤网滤网贮水器贮水器a bP2WP1R静水中的土体静水中的土体A=1W=LsatsatL(+w)P1=whwP2=wh2R=?R+P2=W+P1R+wh2=L(+w)+whw R=L 土水整体分析土水整体分析2.3 渗透力和渗透破坏渗透力和渗透破坏1.1.渗透力渗透力第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律第51页，共67页，编辑于2022年，星期三h1hh200hwL土样土样滤网滤网贮水器贮水器a bP2WP1R静水中的土体静水中的土体A=1W=LsatsatL(+w)P1=w

33、hwP2=wh1R=?R+P2=W+P1R+wh1=L(+w)+whw R=L whR=L 渗流中的土体渗流中的土体2.3 渗透力和渗透破坏渗透力和渗透破坏1.1.渗透力渗透力第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律第52页，共67页，编辑于2022年，星期三h1hh200hwL土样土样滤网滤网贮水器贮水器a bP2WP1R静水中的土体静水中的土体A=1R=L whR=L 渗流中的土体渗流中的土体向上渗流存在时，滤网支持力减少向上渗流存在时，滤网支持力减少减少的部分由谁承担？减少的部分由谁承担？水与土之间的作用力渗流的拖曳力水与土之间的作用力渗流的拖曳力总渗透力总渗透力J=wh渗透力渗透

34、力j=J/V=wh/L=wij=wi2.3 渗透力和渗透破坏渗透力和渗透破坏1.1.渗透力渗透力第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律第53页，共67页，编辑于2022年，星期三1.1.渗透力渗透力2.3 渗透力和渗透破坏渗透力和渗透破坏渗透力的性质渗透力的性质物理意义：物理意义：渗流作用于单位土体的力（渗流作用于单位土体的力（kN/m3），是渗流对土粒的作用力，），是渗流对土粒的作用力，为体积力。为体积力。j=wi大小：大小：方向：方向：与渗流方向一致与渗流方向一致作用对象：作用对象：土骨架土骨架第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律第54页，共67页，编辑于2022年，星期

35、三基本类型基本类型 2.2.渗透变形及其基本形式（渗透破坏）渗透变形及其基本形式（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 2.3 渗透力和渗透破坏渗透力和渗透破坏第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律第55页，共67页，编辑于2022年，星期三2.3 渗透力和渗透破坏渗透力和渗透破坏2.渗透变形及其基本形式（渗透破坏）渗透变形及其基本形式（渗透破坏）（1 1）渗透变形）渗透变形土粒土粒间间不存在接触不存在接触应应力，力，处处于即将被浮于即将被浮动动的的临临界状界状态态。当。

36、当时时，土粒被渗流，土粒被渗流夹带夹带向上浮向上浮动动。总渗透力：总渗透力：浮浮 重：重：当当时时，有效应力有效应力：第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律第56页，共67页，编辑于2022年，星期三渗流引起的渗透破坏主要有：1.由于渗流力（渗透力）的作用，使土体颗粒流失或局部 土体产生移动，导致土体变形甚至失稳2.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管涌流砂（或流土）滑坡水库塌岸，岸坡、土坝在水位降落时滑动，挡土墙等结构物失稳在土坡稳定分析中讲引起2.3 渗透力和渗透破坏渗透力和渗透破坏2.渗透变形及其基本形式（渗透破坏）渗透变形及其基本形式（渗透破坏）第二章第

37、二章 土中水的运动规律土中水的运动规律第57页，共67页，编辑于2022年，星期三黏性土黏性土k1k2砂性土砂性土k2坝体坝体（2 2）基本形式基本形式 2.渗透变形及其基本形式（渗透破坏）渗透变形及其基本形式（渗透破坏）a 流土流土渗流渗流原因原因：2.3 渗透力和渗透破坏渗透力和渗透破坏在渗流作用下，黏性土或无黏性土体中某一范围内的颗粒或颗粒群同时发生流动的在渗流作用下，黏性土或无黏性土体中某一范围内的颗粒或颗粒群同时发生流动的现象现象。下游的土坡局部面积出现被渗流带走并导致坡面出现局部滑动。下游的土坡局部面积出现被渗流带走并导致坡面出现局部滑动。当当iicr时时,发生渗透破坏发生渗透破坏

38、。流砂产生的原因：流砂产生的原因：1.水在土中自下而上渗流水在土中自下而上渗流 2.JW第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律第58页，共67页，编辑于2022年，星期三2.3 渗透力和渗透破坏渗透力和渗透破坏2.渗透变形及其基本形式（渗透破坏）渗透变形及其基本形式（渗透破坏）第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律第59页，共67页，编辑于2022年，星期三（2 2）基本形式基本形式 管涌管涌原因：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直径的孔隙成大于细粒直径的孔隙外因外因渗透力足够大渗透力足够大 在渗流作用下，无黏性土土体中的细小颗粒，通过粗大颗粒的孔

39、隙，发生移动或在渗流作用下，无黏性土土体中的细小颗粒，通过粗大颗粒的孔隙，发生移动或被水流带出的现象。被水流带出的现象。管涌管涌破坏2.3 渗透力和渗透破坏渗透力和渗透破坏2.渗透变形及其基本形式（渗透破坏）渗透变形及其基本形式（渗透破坏）第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律第60页，共67页，编辑于2022年，星期三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，可发只要渗透力足够大，可发生在任何土中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

40、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溢出可发生于土体内部和渗流溢出处处一般发生在特定级配的无一般发生在特定级配的无黏性土或分散性黏土黏性土或分散性黏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2.3 渗透力和渗透破坏渗透力和渗透破坏（2 2）基本形式基本形式 2.渗透变形及其基本形式（渗透破坏）渗透变形及其基本形式（渗透破坏）第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律第61页，共67页，编辑于2022年，星期三（3 3）形成条件）形

41、成条件Fs:安全系数安全系数1.52.0 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：2.3 渗透力和渗透破坏渗透力和渗透破坏2.渗透变形及其基本形式（渗透破坏）渗透变形及其基本形式（渗透破坏）第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律第62页，共67页，编辑于2022年，星期三（3 3）形成条件）形成条件2.3 渗透力和渗透破坏渗透力和渗透破坏a、黏性土及、黏性土及的匀粒砂土，在一定水力坡降下，易的匀粒砂土，在一定水力坡降下，易发发生流土。生流土。b、级配不连续、级配不连续，

42、细粒，细粒，管涌；，管涌；细粒细粒，流土。，流土。c、正常级配、正常级配，管涌；，管涌；，流土。，流土。2.渗透变形及其基本形式（渗透破坏）渗透变形及其基本形式（渗透破坏）D0孔隙的平均直径孔隙的平均直径 指某粒径的土粒含量为指某粒径的土粒含量为5%、3%所对应的粒径所对应的粒径。第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律第63页，共67页，编辑于2022年，星期三2.3 渗透力和渗透破坏渗透力和渗透破坏（4 4）临界坡降）临界坡降临界坡降：使土体开始渗透变形的水力坡降。临界坡降：使土体开始渗透变形的水力坡降。a.流土：流土：b.管涌：（没有公认的公式）管涌：（没有公认的公式）经验公式经验

43、公式 2.渗透变形及其基本形式（渗透破坏）渗透变形及其基本形式（渗透破坏）第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律第64页，共67页，编辑于2022年，星期三(5)(5)防治措施防治措施 增大增大 ii：下游增加透水盖重下游增加透水盖重 防治流土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减小减小i i ：上游延长渗径；上游延长渗径；下游减小水压下游减小水压防治管涌改善几何条件：改善几何条件：设反滤层等设反滤层等改善水力条件：改善水力条件：减小渗透坡降减小渗透坡降2.3 渗透力和渗透破坏渗透力和渗透破坏2.渗透变形及其基本形式（渗透破坏）渗透变形及其基本形式（渗透破坏）第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律第65页，共67页，编辑于2022年，星期三最大的管涌处最大的管涌处最大的管涌处 2002.8.22湘江大堤望城靖港镇东湖责任段出现散浸，并有个别散浸点转化为管涌，经抢险队伍用砂卵石将散浸口和管涌口压住，其他管涌和也被砂卵石填压。大堤从凌晨1时出现的险情到下午5点得到了完全控制。2.3 渗透力和渗透破坏渗透力和渗透破坏2.渗透变形及其基本形式（渗透破坏）渗透变形及其基本形式（渗透破坏）第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律第66页，共67页，编辑于2022年，星期三第二章第二章 完完第67页，共67页，编辑于2022年，星期三