3土的渗透性

3-4 成层土的渗透系数
一、渗流与层面平行
q q1x q2 x qnx
q
i 1
n
ix
•每一分层的单宽流量为：
qi K i H i H L
• 总的单宽流量为：
q
q
i i 1 i 1
n
n
H H Ki H i L L
K H
i i 1
n
i
• 或
位置
土类
历时 后果
导致结构发生塌陷或溃口
3-6 渗透作用对土的影响
二、渗透变形
（一）渗透变形的形式
发展型管涌土 管涌土 非发展型管涌土
土 非管涌土
管涌型土 土 过渡型土 流土型土
3-6 渗透作用对土的影响
二、渗透变形
（一）渗透变形的形式
一般粘性土→流土
无粘性土→渗透变形的形式与土的颗粒组成、级配和密度 等因素有关。 ，一般而言，土的不均匀系数Cu越大，管涌 现象越容易发生。 过渡性土→渗透变形的形式与土的密度有关。
'
3-6 渗透作用对土的影响
二、渗透变形
（二）土的临界水力梯度
2、管涌型土的临界水力梯度
d5 icr 2.2(G dss 1)(1 n) d 20
2
管涌土的临界水力梯度可通过试验来测定。
3-6 渗透作用对土的影响
二、渗透变形
（二）土的临界水力梯度 3、临界水力梯度的试验资料 （1）临界水力梯度与不均匀系数的关系 icr 1.5
3-6 渗透作用对土的影响
二、渗透变形
（一）渗透变形的形式
较均匀的土 C u ≤ 5 —流土型 细粒含量 P > 35%－流土型 天然无粘性土 级配不连续 P < 25%－管涌型 P＝25%～35%－过渡型 不均匀的土 C u > 5
3-3
渗透系数的测定
观察井
dh q Aki 2 rh k dr dr q 2 khdh r r2 dr h2 q 2 k hdh r1 r h1 q ln r2 r1 k h22 h12
二、现场测定渗透系数—抽水法 A 2 rh 抽水量q i dh dr
H q KxH L
H H L L
n
KxH

i 1
Ki H i
Kx
K H
i i 1 n
n
i
H
i 1
i
3-4 成层土的渗透系数
二、渗流与层面垂直
q q1 y q2 y qny
y
h q y k y iA k y A H
hi qiy kiy ii A kiy A Hi hi h kiy ky Hi H H hi k y kiy h Hi
力状态的变化或土体、地基本身的结构、强度等状态 的变化，从而影响建筑物或地基的稳定性或产生有害 变形的问题。
3-1
概
述
土石坝坝基坝身渗流
浸润线
渗流量 渗透变形
透水层 不透水层
3-1
概
述
板桩围护下的基坑渗流
板桩墙
基坑
渗流量
透水层
渗透变形
不透水层
3-1
渠道渗流
概
述
渗流量
渗流时地下水位
3-1
渗流滑坡
级配连续
3-6 渗透作用对土的影响
二、渗透变形
（二）土的临界水力梯度 1、流土型土的临界水力梯度
j
GD wicr dss 11 n w G
GD
icr / w
ds s 11 n icr G
• 1、渗透速度v
• 由于过水断面w实际上是试样的横截面积，并 非真实的过水断面，因此渗透速度v实际上为假 想平均流速，并非真实平均流速。 q vA v 1 e ' v v v0 Av Av n e
e v v v v0 0 n v 1 e
• 2、水力坡度i
• 水力坡度的物理意义是沿渗透途径水头损失与
1.0
0.5
0
5 流土
10
15 过渡
20
25
30 管涌
35
40 Cu
3-6 渗透作用对土的影响
二、渗透变形
（二）土的临界水力梯度 3、临界水力梯度的试验资料 （2）临界水力梯度与细料含量的关系
3-6 渗透作用对土的影响
二、渗透变形
（二）土的临界水力梯度 3、临界水力梯度的试验资料 （3）临界水力梯度与渗透系数的关系 对于不均匀的土，如果透 水性强，抵抗渗透变形的 能力就差；如果透水性弱
3-6 渗透作用对土的影响
二、渗透变形
（一）渗透变形的形式
流土：在渗流作用下局部土体表面隆起，或土粒群同时起动
而流失的现象。它主要发生在地基或土坝下游渗流溢出处。
管涌：在渗流作用下土体中的细土粒在粗土粒形成的孔隙通 道中发生移动并被带出的现象。它主要发生在砂砾土中。
3-6 渗透作用对土的影响
二、渗透变形
井
透水层 地下水位≈测压管水面
r1
r
r2 dr
dh h1
h
h2
不透水层 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
3-4 成层土的渗透系数
• 天然沉积土往往由渗透性不同的土层所组成。 对于与土层层面平行和垂直的简单渗流情况， 当各土层的渗透系数和厚度为已知时，我们 可求出整个土层与层面平行和垂直的平均渗 透系数，作为进行渗流计算的依据。
h q kiF k F l aL dh dt kF h
h dQ k Adt L
3-3
（二）变水头法
渗透系数的测定
一、试验室内测定渗透系数

t2
t1
dt

h2
h1
aL dh kF h
k
aL h ln 1 F (t 2 t1 ) h2
k 2.3
aL h lg 1 F (t2 t1 ) h2
• 3-5 根据达西定律计算出的流速和土水中的实际流速是否相同？ 为什么？ • 3-6 何谓流土？何谓管涌？产生流土和管涌的必要条件是什么？
70型渗透仪
南55渗透仪
End of Chapter 3
流土
管涌
• • • • • 一、土的粒度成分及矿物成分 二、结合水膜的厚度 三、土的结构构造 四、水的粘滞度 五、土中气体
3-6 渗透作用对土的影响
渗流所引起的稳定问题： （1） 土体的局部稳定问题，又称为渗透变形问题； （2） 整体稳定问题。
应该指出，局部稳定问题如不及时加以防
治，同样会酿成整个建筑物的毁坏。
是在整个试验过程中，水头保持不变。
一、试验室内测定渗透系数
t
Q
Q q vF t
h v ki k L
QL k Fht
3-3
（二）变水头法
渗透系数的测定
一、试验室内测定渗透系数
在整个试验过程中，水头是随着时间而变化的。
t1 h1
dq adh
t2 h2 dq adh qdt
L h h1 h2
A

单位体积渗透力： GD=J/(AL)=whA/(A L) = w i
j —渗透力，KN/m3； i —水力坡度； w ——水的重度,KN/m3 渗透力为体积力
3-6 渗透作用对土的影响
一、渗流力的概念
渗流力的大小与水力梯度成 正比，其作用方向与渗流（或流 向）方向一致，是一种体积力， 常以kN/m3计。
第3章
土的渗透性
重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系
主要内容
• 概 述 • 达西渗透定律 • 渗透系数的测定 • 成层土的渗透系数 • 渗流力及渗透稳定性
3-1
三相系
概
述
孔隙流体 能量差
孔隙流体流动
多孔介质
渗透：在水位差的作用下，水透过土体孔隙的现象。
土的渗透性：土具有被水透过的性能。
土的渗透性问题是指由于水的渗透引起土体内部应
0
i
0
—起始水头梯度。
3-2
达西渗透定律
二、达西渗透定律
v
ib
v
v
v
o
i k
i o
k
i
v vcr o
v ki
vc i
i
砂土
ib
i 密实粘土
砾土
3-3
渗透系数的测定
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
3-3
（一）常水头法
渗透系数的测定
相应渗透长度的比值。水头损失是由于水质点运
动中为了克服水质点之间的摩擦阻力而消耗了机
i
械能，因此水力坡度是水流通过单位渗透途径为 克服摩擦阻力所消耗的机械能。
h i L
• 3、渗透系数K • 渗透系数是表征含水层透水性能的重要参数。其 大小同时与岩石空隙的性质和渗流液体的物理性 质有关。(表3-1）
• 透水率：也表征含水层透水性能，但其只决定于 岩土层的空隙性质，而与渗流液体的物理性质无 关。
3-2
达西渗透定律
二、达西渗透定律
h vk L
q vF kiF
由于土体中的孔隙一般非常微小，水在土体中流动时的 粘滞阻力很大、流速缓慢，因此，其流动状态大多属于 层流。
达西渗透定律的适用条件
3-4 成层土的渗透系数
二、渗流与层面垂直
H hi k y kiy h Hi