土的渗透性及渗流PPT课件

条件 已知 测定 算式 取值 适用
常水头试验
变水头试验
Δh=const
Δh变化
Δh，A，L Q，t
k QL AΔht
重复试验后，取均值
a，A，L Δh，t k aL ln Δh1 A(t2 t1) Δh2
不同时段试验，取均值
粗粒土
粘性土
§3 土的渗透性及渗 §3.2土的渗透性 流3.2.3渗透试验及渗透系数
渗透：水透过土体孔隙的现象。 渗透性：指土体具有被水透过的性能。 水在土体中的渗透，一方面会造成水量的损失，影响水库
效益；另一方面将引起土体内部的应力状态的变化，从而 改变水工建筑物或地基的稳定条件，严重时还会酿成破坏 事故。 土体渗透性的强弱，对土体的固结、强度以及工程施工都 有非常重要的影响
k QL AΔht
i=Δh/
L
适用土类：透水性较大的砂性土
§3.2土的渗透性 3.2.3渗透试验及渗透系数 1.室内渗透试验测定渗透系数
常水头法仅适用于：透水性较大的砂性土
透水性较小的粘性土
• 室内试验方法2—变水头试验法
试验装置：如图
试验条件: Δh变化，A， L=const 量测变量: Δh ，t
常水头试验法
室内试验测定方法
变水头试验法
野外试验测定方法
井孔抽水试验 井孔注水试验
§3.2土的渗透性 3.2.3渗透试验及渗透系数
1.室内渗透试验测定渗透系数
• 室内试验方法1—常水头试验法
试验装置：如图 试验条件: Δh，A，L=const 量测变量: Q，t 结果整理
q=Q/t
q=kAi
Vs：实际平均渗流速度 (孔隙断面的平均渗流速度)
A
n Av A
A > Av
Av
q＝VA ＝ VsAv
v v vs n
§3.2土的渗透性
3.2.2层流渗透定律
流速与水力梯度的关系－砂土
砂土的水力梯度 与渗透速度呈线 性关系，符合达 西渗透定律。
§3.2土的渗透性
适用条件
3.2.2层流渗透定律
层流（线性流） ——大部分砂土，粉土；疏松的粘土及砂性较 重的粘性土
两种特例
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： 致密的粘土 i>i0, v=k(i - i0 )
v vcr o
v
o i0
v k im (m 1)
i
i
§3.2土的渗透性 3.2.3渗透试验及渗透系数
v ki
各类土渗透系数变化范围
土的种类 卵石、碎石、砾石
砂 粉土 粉质粘土 粘土
渗透系数cm/s ＞1×10-1
1×10-1～1×10-3 1×10-3～1×10-4 1×10-5～1×10-6
≤1×10-7
§3.2土的渗透性
3.2.2层流渗透定律
注意：
V：假想渗流速度，土体试样全断面的平均渗流速度
§3 土的渗透性及渗 §3.2土的渗透性
流3.2.3渗透试验及渗透系
数1.室内渗透试验测定渗透系数
• 室内试验方法2—变水头试验法
理论依据:
t时刻： Δh Δt dh
流入量： dQr= - 流出量：dQc=kiAdt=k (Δh/L)Adt 连续性条件：adhdQr=dQc
-adh =k
(Δt2 dh/tL)AdatL Δh2 dh
2.现场测定渗透系数 方法同《地下水动力学》略
3.影响渗透系数的主要因素
k f(土粒特性、流体特性）
粒径大小及级配 土的密实度 土的结构 土的构造
水的动力粘滞系数η 饱和度（含气量）
—对k影响很大，封闭气泡
第三章 土的渗透性及渗流
第三章
主要内 容
§3.1 概述 ★§3.2 土的渗透性
§3.3 土中二维渗流及 流网 ★§3.4 渗透破坏与控制
§3.1 概述
土是具有连续孔隙的介质。当土作为建筑物的地 基和直接用作建筑材料时，水就会在水位差的作 用下，从水位较高的地方透过土的孔隙流向水位 较低的地方。
t1
k A Δh1 Δ h
dt aL dh kA h
k

aL A ( t2
l nΔ h1 t1) Δ h2
k

2.3
aL A(t2 -
t1
lgΔh1 ) Δh2
结果整理:
(3-12b)
选择几组Δh1, Δh2, t ，计算相应的k，取平均值
t t+ Δt
§3 土的渗透性及渗 §3.2土的渗透性 流3.2.3渗透试验及渗透系 数1.室内渗透试验测定渗透系数
0
§3.2 土的渗透性
Darcy渗透定律 (1855)
由于土中孔隙一般非常微 小，水在土体中流动时的 粘滞阻力很大，流速缓慢 层流
即:相邻两个水分子运动 的轨迹互相平行而不混流
3.2.2 层流渗透定律
Δh↑，q↑ A↑，q↑ L↑，
q↓
q A h L
断面平均流速 v q A
水力坡降
i h L
vi
§3.2土的渗透性
达西定律 渗透定律
vi
3.2.2层流渗透定律
k: 反映土的透水性能的比例系数，称为渗透系数 物理意义：水力坡降i＝1时的渗流速度 单位：mm/s, cm/s, m/s, m/day
在层流状态的渗流中，渗透速度v与水力坡降i的 一次方成正比，并与土的性质有关。
§3.1 概述
渗透性研究主要有以下三方面:
渗流量问题 渗透破坏问题 渗流控制问题
防渗墙
防渗墙射水法施工
防渗墙
§3.2 土的渗透性
3.2.1 渗流基本概
念
一．渗流中的水头
(伯努力定理1738)
板桩墙
基坑
透水层 不透水层
A B
L
§3.2 土的渗透性 3.2.1 渗流基本概念
总水头－单位质量水体所具有的能量
h z p v2
w 2g
z：位置水头 p/γw：压力水头 V2/(2g)：流速水头≈0
总水头： h z p w
A点总水头：
pA w
h1 zA
0
A
B L
基准面
B点总水头：
水力坡降： i h L
h1

zA

pA
w
Fra Baidu bibliotekh2

zB

pB
w
h1 h2 h
Δh
pB
w h2 zB
防渗斜墙及铺盖
土石坝
浸润线
渗流量
透水层 渗透变形
不透水层
§3 .1概述 板桩围护下的基坑渗流
板桩墙
基坑
透水层 不透水层
渗水压力 渗流量 渗透变形 扬压力
§3.1 概述 水井渗流
Q
天然水面
不透水层
透水层 渗流量
§3.1 概述 渠道渗流
原地下水位
渗流量
渗流时地下水位
渗流滑坡
渗流滑坡
渗透的定义及土的渗透性