土力学 第一章

§2 土的渗透性和渗流问题 §2.1
四.层状地基的等效渗透系数
天然土层多呈层状
土的渗透性与渗透规律
确立各层的k 确立各层的ki 根据渗流方向确定等效渗流系数 等效渗透系数
§2 土的渗透性和渗流问题 §2.1
四.层状地基的等效渗透系数 水平渗流
条件: 条件:
∆h ii = i = L
土的渗透性与渗透规律
一．渗流中的水头与水力坡降 二．渗透试验与达西定律 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 能量方程 渗流速度的规律 渗透特性 地基的渗透系数
§2 土的渗透性和渗流问题 §2.1
一．渗流中的水头与水力坡降
板桩墙
土的渗透性与渗透规律
基坑
A B L
透水层 不透水层
§2 土的渗透性和渗流问题 §2.1
土的渗透性与渗透规律
k 1 = 0.01m / day k 2 = 1m / day k 3 = 100m / day
kx
∑k H =
i
i
H
= 33.67m / day
按层厚加权平均，由较大值控制 按层厚加权平均，
H kz = = 0.03m / day Hi ∑k i
倒数层厚加权平均， 倒数层厚加权平均，由较小值控制
防渗斜墙及铺盖
概述
土石坝
浸润线
渗流量
透水层 不透水层
渗透变形
§2 土的渗透性和渗流问题 板桩围护下的基坑渗流
概述
板桩墙
渗水压力 渗流量
基坑
透水层 不透水层
渗透变形
§2 土的渗透性和渗流问题 水井渗流
Q
概述
天然水面
透水层
渗流量
不透水层
§2 土的渗透性和渗流问题 渠道渗流
概述
渗流量
渗流时地下水位
原地下水位
第二章 土的渗透性和渗流问题
§2 土的渗透性和渗流问题
概述
碎散性 多孔介质 三相体系 能量差
孔隙流体流动
水、气等在土体孔隙中流动的现象 土具有被水、 土具有被水、气等液体透过的性质 渗透特性 强度特性 变形特性
渗流 渗透性
非饱和土的渗透性 饱和土的渗透性
§2 土的渗透性和渗流问题 土石坝坝基坝身渗流
∆h L
已知 等效 推定
H1, H2...;k1...
H1, H2...;k1,k2...
∆h v = kzi = kz H H kz = Hi ∑k i
q = kxiH
kx = 1 ∑kiHi H
§2 土的渗透性和渗流问题 §2.1
四.层状地基的等效渗透系数 算例说明
H 1 = 1.0m, H 2 = 1.0m, H 3 = 1.0m,
2. 达西定律
v vcr o
v = ki m (m < 1)
i
两种特例
粗粒土： 粗粒土： ①砾石类土中的渗流不符合达西定律 ②砂土中渗透速度 vcr=0.3-0.5cm/s 粘性土： 粘性土： 致密的粘土 i>i0, v=k(i - i0 )
v
o i0
i
例题
某渗透试验装置如例2-1图所示， 土样I渗透系数k1=0.2cm/s，土 样II渗透系数k2=0.1cm/s，土 样横截面积A=200cm2，求： (1)土样中a-a截面、c-c截面的 总水头；(2)若在土样I与土样II 分界面处引出一测压管，测压 管内水将上升多高？(3)土样中 单位时间渗流量q为多大？
例2-2
在例2-2图所示的装置中， 土样横截面积为80cm2， 从土样中两个不同位置处 各引出一根测压管，测得 试验开始后10min内渗流出 水量为130cm3，两测压管 内水位差为5cm，求土样 的渗透系数k。
§2 土的渗透性和渗流问题 §2.1
三. 渗透系数的测定及影响因素
• 室内试验方法 常水头试验 条件 已知 测定 算定 取值 适用
1
2 z
Δh x
qx = ∑qix
H= ∑Hi
q1x q2x q3x 1
k1 k2 k3 2
H1 H2 H3
不透水层
等效渗透系数: 等效渗透系数: qx=vxH=kxiH Σqix=ΣkiiiHi Σ
kx = 1 ∑kiHi H
H
L
§2 土的渗透性和渗流问题 §2.1
四.层状地基的等效渗透系数 竖直渗流: 竖直渗流
v∝i
v = k⋅ i
A
n=
Av A
A > Av Av Q＝VA ＝ VsAv ＝
v v < vs = n
§2 土的渗透性和渗流问题 §2.1
二. 渗透试验与达西定律 适用条件
层流（线性流） 层流（线性流） ——大部分砂土，粉土；疏松的粘土及砂性较 大部分砂土， 大部分砂土 粉土； 重的粘性土
土的渗透性与渗透规律
kz = H Hi ∑k i
§2 土的渗透性和渗流问题 §2.1
四.层状地基的等效渗透系数
水平渗流情形
q = ∑qi;H = ∑Hi ;
土的渗透性与渗透规律
垂直渗流情形
条件
q1 = q2 = ... = q; v1 = v2 = ... = v; ∆h = ∑hi ;H = ∑Hi
ii = i =
§2 土的渗透性和渗流问题
§2.1 土的渗透性与渗透规律
一．渗流中的水头与水力坡降 二．渗透试验与达西定律 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 能量方程 渗流速度的规律 渗透特性 地基的渗透系数
第二章 土的渗透性和渗流问题
§2.1 土的渗透性与渗透规律
§2.2 渗透力与渗透变形
∆h=const ∆h，A，L ， ， V，t ，
k= V L A∆ht
土的渗透性与渗透规律 1. 测定方法
变水头试验
∆h变化 变化 a，A，L ， ， ∆h，t ，
k= aL ∆h1 ln A ∆h2 t
重复试验后， 重复试验后，取均值 粗粒土
不同时段试验， 不同时段试验，取均值 粘性土
§2 土的渗透性和渗流问题 §2.1
§2 土的渗透性和渗流问题 §2.1
三. 渗透系数的测定及影响因素 1. 测定方法
土的渗透性与渗透规律
室内试验测定方法 野外试验测定方法
常水头试验法 变水头试验法 井孔抽水试验 井孔注水试验
§2 土的渗透性和渗流问题 §2.1
三. 渗透系数的测定及影响因素
• 室内试验方法1—常水头试验法 室内试验方法1 常水头试验法 试验装置： 试验装置：如图 试验条件: 试验条件: ∆h，A，L=const ， ， 量测变量: ， 量测变量: V，t 结果整理 V=Qt=vAt v=ki i=∆h/L 适用土类： 适用土类：透水性较大的砂性土
§2 土的渗透性和渗流问题
§2.2 渗透力与渗透变形
渗透力 渗透变形 a b
一. 渗透力
贮水器 hw L 土样
∆h h1 h2
0 滤网
试验观察
0
静水中，土骨架会受到浮力作用。 Δh=0 静水中，土骨架会受到浮力作用。 水在流动时，水流受到来自土骨架的阻力， Δh>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。 架产生一个摩擦、拖曳力。 渗透作用中， 渗透力 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。
土的渗透性与渗透规律 1. 测定方法
k=
VL A∆ht
§2 土的渗透性和渗流问题 §2.1
三. 渗透系数的测定及影响因素
常水头法仅适用于： 常水头法仅适用于：透水性较大的砂性土
土的渗透性与渗透规律 1. 测定方法
透水性较小的粘性土
• 室内试验方法2—变水头试验法 室内试验方法2 变水头试验法 试验装置：如图 试验装置： 试验条件: 变化， ， 试验条件: ∆h变化，A，L=const 变化 量测变量: ∆h ，t 量测变量:
§2 土的渗透性和渗流问题 §2.1
三. 渗透系数的测定及影响因素
• 室内试验方法2—变水头试验法 室内试验方法2 变水头试验法 理论依据: 理论依据: dV 流入量： 流入量： e= - adh t时刻： ∆h 时刻： 时刻 ∆t dh
土的渗透性与渗透规律 1. 测定方法
流出量： 流出量： o=kiAdt=k (∆h/L)Adt dV
h2 0
zB
u h= z+ 总水头： 总水头： γw
A点总水头： 点总水头：
B点总水头： 点总水头：
h1 = z A +
uA γw
h2 = zB +
uB γw
h1 = h 2 + ∆ h
§2 土的渗透性和渗流问题 §2.1
渗透试验与达西定律 二. 渗透试验与达西定律 1.渗透试验 1.渗透试验
试验前提： 试验前提：层流 试验装置： 试验装置：如图 试验条件: 试验条件: h1，A，L=const ， 量测变量: h2，V，T 量测变量: ， 试验结果 ∆h=h1-h2 Q=V/T
dh h1
dr h h2
地下水位≈ 地下水位≈测压管水面 不透水层
Q ln k=
r2 2 = πk (h 2 − h1 ) 2 r1
Q ln(r2 / r1 ) 2 π h 2 − h1 2
优点： 优点：可获得现场较为可 靠的平均渗透系数 缺点：费用较高，耗时较长 缺点：费用较高，
如例2-3图所示，在5.0m厚的粘土层(隔水层) 下有一含水砂土层，厚6.0m，其下为不透水 基岩。为测定砂土层的渗透系数，打一钻孔到 基岩顶面，并以0.01m3/s的速率从孔中抽水。 在距抽水孔r1=15m和r2=30m处各打一观测孔 穿过粘土层进入砂土层，测得孔内稳定水位分 别在地面以下3.0m和2.5m，试求砂土渗透系 数k。