渗透性教案-教学反思

南华大学城市建设学院教学比赛

《土的渗透性和渗流问题》——教学设计、教学反思

授课人：彭成

岩土教研室

2015年6月

第二章土的渗透性和渗流问题

本章学习要点：

学习掌握土的渗透性（达西定律），掌握水头、测管水头、水力坡降的概念，熟悉渗透系数的测定方法，特别是层状地基的等效渗透系数的确定。学会应用二维渗流流网确定测管水头、孔隙水压力、水力坡降、渗透速度和渗透流量。渗透力和渗透变形是本章的学习重点，掌握渗透力的计算方法，并能正确确定渗透变形类型。

2.1 土的渗透性

教学目的与要求：

了解土的渗透现象及渗透性

掌握土的渗透规律—达西定律

掌握渗透系数的测定和影响因素

理解层状地基的等效渗透系数

课时安排：

1课时

重点：

达西定律试验装置及试验方法

难点：

渗透系数的测定

层状地基的等效渗透系数

授课方法：

通过工程事故实例引入渗透现象及渗透特性，通过渗透试验科学观察方法、再现物理现象、揭示科学规律及描述定量关系来揭示水在土中的渗透规律，并讲述渗透系数的确定方法及分析影响渗透系数的因素，让学生认识到渗透现象的普遍存在及学习渗透规律的重要性。

2.2二维渗流与流网

教学目的与要求：

理解稳定渗流场中的拉普拉斯方程

掌握流网的特征及应用

了解各向异性土中的流网

课时安排：

0.5课时

重点：

流网的绘制方法与步骤

流网的应用

难点：

稳定流程中的拉普拉斯方程的推导过程

教学方法：

演示推导拉普拉斯方程过程，让学生理解拉普拉斯方程；讲解流网图分解绘制步骤过程并结合实例应用，让学生了解流网的特征及工程应用。

2.3渗透力和渗透变形

教学目的与要求：

理解发生渗透的受力分析；

掌握发生流土与管涌破坏的原因；

掌握临界水力坡降；

课时安排：

0.5课时

重点：

两种渗透变形的原因

难点：

发生两种渗透破坏的临界水力坡降

授课方法：

演示发生渗透情形下土的受力分析，让学生理解渗透力；播放建设工程中常见的渗透破坏情形，并分析发生两种渗透破坏的原因，以及发生两种破坏形式的临界水力坡降，并结合实际采取防止措施，让学生更好理解渗透的原因。

教学反思：

复习第一章内容：土的物理性态取决于三个组成相(固相、液相和气相)的特性状态、相对含量和相互作用，碎散性（非连续介质，主要体现在受力以后易变形，体积变形主要由孔隙体变引起，而剪切变形取决于颗粒相对位移），多相性（固相、液相与气相，主要体现在受力后由土骨架、孔隙介质共同承担，存在复杂的相互作用，孔隙水渗透流动），天然性（包括非均匀性、各向异性、结构性及时空变异性，主要体现在土具有渗透特性、变形特性、强度特性），因此，土是一种多孔相的松散介质，为后续讲解土的渗透性埋下伏笔。

通过举例两个工程事故实例（土石坝垮塌事故、基坑垮塌事故）引入渗透现象及土的渗透性概念，我国栏水坝数量世界第一，江河堤防长达25万公里，各类集水井星罗棋布，地下工程方兴未艾，建设基坑遍布南北，港湾建设规模宏大，认识到我国工程建设的渗透问题（渗漏、渗透变形）。因此，本章重点内容为渗透规律及渗透变形。

通过渗透试验科学观察方法、再现物理现象、揭示科学规律及描述定量关系来揭示水在土中的渗透规律（渗透速率与水力坡降成正比，即：v=ki）—达西定律，并了解到此定律的适用条件。要评价水在土的渗透规律，关键是要解决好两个问题，即：确定渗透系数K与水力坡降i。

确定渗透系数的方法主要有室内试验测定方法、野外试验测定方法及经验比拟方法三种方法。而室内试验包括常水头试验（适用于粗粒土）和变水头试验（适用于细粒土）两种；而野外试验包括抽水试验和注水试验，均质的粗粒土层，可得到较大范围的平均渗透系数，多用于大型工程的渗流问题评价；比拟方法则是根据土性条件即粒径级配曲线相近判定，适用于初步设计、无法取得试验资料及周围土料已有大量资料等情形，但这种方法可靠性比较差，可用于中小工程的初步设计。

分析渗透系数的主要影响因素，主要包括土粒特性（粒度、密度、结构性）和液体特性（水的动力粘滞系数、饱和度），即K=f（土粒特性，液相特性）。

确定成层地基的等效渗透系数（水平渗流情形、垂直渗流情形）的步骤：等效为总厚度相同的单一土层；确定各层的k i ；根据渗流方向确定等效渗流系数。

渗透系数的实际应用主要用于：判定土的渗透性强弱（几乎不透水<10-7cm/s，极低透水性10-7~10-5cm/s，低透水性10-5~10-3cm/s，中渗透性10-3~10-1cm/s，高透水性>10-1cm/s）；选择土料（如土石坝心墙选择K<10-6cm/s，其他可以选择K>10-3cm/s）；渗流计算。

本节重点讲述了水在土中的渗透的规律、渗透系数的确定方法及影响因素。

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