土渗透性与渗流第三章

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第3章土的渗透性和渗流

板桩墙
基坑
渗流问题 1.渗流量（降水办法） 2.渗透破坏（流砂）
透水层不透水层
§3.1 概述
土坝蓄水后水透
土石坝坝基坝身渗流过坝身流向下游
防渗体
坝体浸润线
渗流问题： 1.渗流量？ 2.渗透破坏？
透水层
3.渗透力？
不透水层
§3.1 概述水井渗流
Q 天然水面
透水层
不透水层
渗流问题： 1.渗流量Q？ 2.降水深度？
土愈密实，k值得愈小。试
• 土的密实度
验表明，对于砂土，k值对数与孔
• 土的饱和度
隙比及相对密度呈线性关系；对
• 土的结构和构造粘性土，孔隙比对k值影响更大。
（2）水的性质
§3.2 土的渗透性
4.影响土的渗透系数主要因素
（1）土的性质
• 粒径大小及级配 • 土的密实度
• 土的饱和度 • 土的结构和构造
第3章土的渗透性和渗流
§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
土是一种三相组成的多孔介质，其孔隙在空间互相连通。如果存在水位差的作用，水就会在土的孔隙中从能量高的点向能量低的点流动。
水等液体在土体孔隙中
流动的现象称为渗流。
土具有被水等液体透过
k1
h1 L1
k2
h2 L2
已知：L1=L2=40cm, k1= 2k2，故2△h1= △h2 ，
代入△h1+△h2 = △h=30cm得：
△h1=10cm，△h2 = 20cm
由此可知，测压管中的水面将升至右端水面以上10cm处。

第三章土的渗透性及渗流讲解

• (5)．土的温度：温度高, 粘滞阻力小。
• (6)．土的构造：层理的方向性, 夹层的影响。
• §3 . 3 土中二维渗流及流网
• 3 . 3 . 1 二维渗流方向
• 稳定渗流：渗流场中水头及流速等要素随时间改变的渗流。
• 3 . 3 . 2 流网的特征与绘制
• 1. 流网的特征
• 流网：由流线和等势线所组成的曲线正交网格。
形甚至渗透破坏； • 渗流控制问题:采用工程措施，使渗流量或渗透变形满足设计
要求。
•
§3 . 2 土的渗透性
3 . 2 . 1 渗流基本概念
(1)．水头：
2
h
p z
(伯努利定理)，土中水渗透速度太小,可
忽略，故有 2g vw
h p z

(2)．水头差：
h h h ( p A) ( p )

(3)．水力坡度： i h l
3 . 2 . 2 土的层流渗透定律
1．基本概念
（1）流线：水质点的运动切线的连线称为流线；
（2）层流：如果流线互不相交，则水的运动称为层流；
（3）紊流：如果流线相交，水中发生局部旋涡，则称为紊流。
一般土（粘性土及砂土等）的孔隙较小，水在土体流动过程中流速十分缓慢，因此多数情况下其流动状态属于层流。
h Nd
i (b 1) h b L Nd L
若
b L 1则高渗透量,为
Nf ( h )i Nf
2 Nf
Nd
其中：Nf 为流槽数。Nd为等势线数减1。
• §3 . 4 渗透破坏与控制
(1). 渗透力的作用,土颗粒流失或局部土体位移而产生破坏.如,流砂和管涌。

土力学_第3章(土的渗透性和渗流问题)

土中的水沿着流线方向每前进Δs的距离，就要有- Δh的水头损失。

h A hB h i L L
h
uB
总水头线
w
uA
hA zA
w
hB
L
zB
（2）Darcy定律
（法国工程师，1856年提出）
水头梯度
渗透速度
v k i
渗透流量
Q k i A
渗透系数，单位：cm/s
Q v A
1
(Gs 1) icr 1 e
h 2 a
临界坡降取决于土的物理性质
②管涌的临界坡降
通过经验和实验总结得出管涌的临界坡降：
icr
d k n3
其中，d－为被冲动的细颗粒粒径，一般小于d5－d3，单位 cm； n－为砂砾料的孔隙率； k－为砂砾料的渗透系数，单位 cm/s。
六、流网及工程中的渗流场计算
常水头试验示意图
h Q qt kiAt k At L
故，渗透系数为：
k
QL hAt
②变水头渗透试验
土样的截面积A，高度为L 储水管截面积为a 试验开始储水管水头为h0
经过时间t后降为h1
时间dt内水头降低dh，水量为：
dQ adh
另外：变水头渗透试验示意图
Kx 1 (k1 H1 k 2 H 2 k3 H 3 ) H
A
•y方向的平均渗透系数Ky （电阻串联）
* 每层土的水头损失之和等于总的水头损失
qy q1 q2 q3
Ky H H1 H 2 H 3 k1 k2 k3
水平方向由最大的一层渗透系数决定，垂直方向由最小的一层渗透系数决定。

土力学-第3章土的渗透性及渗流

v k i
§3 土的渗透性及渗流
二. 土的层流渗透定律适用条件：
层流（线性流）
§3.2土的渗透性 2. 达西定律
岩土工程中的绝大多数渗流问题，包括砂土或一般粘土，均属层流范围在粗粒土孔隙中，水流形态可能会随流速增大呈紊流状态，渗流不再服从达西定律。可用雷诺数Re进行判断：
• 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=qt=vAt v=ki
三. 渗透试验及渗透系数
§3.2土的渗透性 1. 测定方法
h
土样
L Q
Q
i=Δh/L
QL k Ath
A
适用土类：透水性较大的砂性土
透水性较小的粘性土?
mgz
mg u w
u w
动能：
1 mv 2 2
E mgz mg u 1 mv 2 w 2
总能量：
质量 m 压力 u 流速 v 0 基准面
z
0
单位重量水流的能量：
u v2 h z w 2g
称为总水头，是水流动的驱动力
水流动的驱动力 - 水头
16
§3 土的渗透性及渗流
§3.2土的渗透性
一．渗流基本概念
板桩墙
基坑
A B L
透水层
不透水层
渗流中的水头与水力坡降
17
§3 土的渗透性及渗流
§3.2土的渗透性
一．渗流基本概念总水头－单位重量水体所具有的能量
u v2 h z w 2g
z：位置水头：压力水 u/γ
w
uA w
Δh A
uB w

第3章：土的渗透性及渗流

• 基本概念
渗透---土中水从土中孔隙中透过的现象称为渗透渗透---土中水从土中孔隙中透过的现象称为渗透。土中水从土中孔隙中透过的现象称为渗透。渗透性---土体具有被水透过的性质称为渗透性土体具有被水透过的性质称为渗透性；渗透性---土体具有被水透过的性质称为渗透性；渗流---水在土孔隙中的流动问题称为渗流水在土孔隙中的流动问题称为渗流。渗流---水在土孔隙中的流动问题称为渗流。渗透与渗流的基本问题：渗透与渗流的基本问题：（1）渗流量问题（2）渗透破坏问题（3）渗流控制问题
适用：中砂、细砂、粉砂等，粗砂、砾石、卵石等粗颗粒不适用
• 公式应用的假定
• 按照达西定律求出的渗透速度是一种假想的平均流速，它假定水在土中的渗透是通过土体截面来进行的。它假定水在土中的渗透是通过土体截面来进行的。实际上，水在土体中的实际流速要比用达西定律求出的流速要大得多，要大得多，如均质砂土的孔隙率为 n，则他们之间的关系为
3.3 渗透破坏与控制水在土中渗透时,由于水具有一定的流速, 水在土中渗透时,由于水具有一定的流速, 必然受到土颗粒的阻力作用。必然受到土颗粒的阻力作用。根据作用力与反作用力的原理, 与反作用力的原理,水流必然也对土颗粒有一个大小相等，方向相反的作用力。有一个大小相等，方向相反的作用力。 • 渗透力---渗流作用在单位体积土体中土颗渗透力---渗流作用在单位体积土体中土颗粒上的作用作用力粒上的作用力(kN/m3)，作用方向与水流方向一致。方向一致。
• 层状地基的等效渗透系数大多数天然沉积土层是由渗透系数不同的层土所组宏观上具有非均质性。成，宏观上具有非均质性。
厚度等效
层状土层
渗透系数等效
单一土层

土力学土的渗透性和渗流

水平方向的h>垂直方向v
整理课件
4、渗透系数k的经验确定方法 ➢ 洁净不含细粒土的松砂 k=1.0-1.5(d10)2 ➢ 较密实、击实砂土
k=0.35(d15)2
➢ 黏性土 k=C3(en/1+e)
整理课件
5、成层土的等效渗透系数
（1）与层面平行的渗流的情况(水平渗透系数)
q1x k1
H1
qx q2x
kx
1 H
n
ki Hi
i1
整理课件
(2)垂直渗透系数
根据水流连续定理，通过整个土层的渗流量等于通过各土层
k1
qy H1
q1y
k2
H2 H
k3
q2y H3
q3y
总水头损失等于各
的渗流量
qyq1yq2y qny
各土层的相应的水力坡降为i1、 i2、…、in，总的水力坡降为i
kyiA k1 i1A k2i2A kninA
2.管涌——在渗流作用下，土中的细小颗粒在粗颗粒形成的孔隙中移动，随着土孔隙不断扩大，发生移动并被带出的现象，渗透速度不断增加，较粗的颗粒也相继被水流带走，最终导致土体内形成贯通的渗流管道，造成土体塌陷。
土体在渗透水流作用下，细小颗粒被带出，孔隙逐渐增大，形成能穿越地基的细管状渗流通道，掏空地基或坝体，使其变形或失稳。管涌既可以发生在土体内部，也可以发生在渗流出口处，发展一般有个时间过程，是一种整理渐课件进性的破坏
第3章土的渗透性和渗流
整理课件
整理课件
土的渗透性及渗流
土的渗透性与土的强度、变形特性一起，是土力学中的几个重要课题
土的渗透性研究的三个主要方面问题及其与工程的关系
研究土的渗透性规律及其与工程的关系具有重要意义，土的渗透性是反映土的孔隙性规律基本内容之一

土力学-第三章土的渗透性及渗流

天津城市建设学院土木系岩土教研室
3.4.2 流砂或流土现象
土力学
在向上的渗流力的作用下，粒间的有效应力为零时，颗粒群发生悬浮、移动的现象称为流砂现象或流土现象。
说明：流砂现象的产生不仅取决于渗流力的大小，同时与土的颗粒级配、密度及透水性等条件有关
使土开始发生流砂现象时的水力梯度称为临界水力梯度icr
常用的有现场井孔抽水试验或井孔注水试验。对于均质粗粒土层，现场测出的k值比室内试验得出的值要准确
观测孔 r2
Q
r r1
r处过水断面积为A=2πrh,假设该处
水力梯度i为常数，且等于地下水位
在该处的坡度时，i=dh/则dr
q=kAi=2πrhkdh/dr
dr
qdr/r=2πkhdh
d
分离变量积分
h
h h1
k3
q3y H3
总水头损失等于各层水头损失之和 Hi H1i1 H 2i2 H ni n
代入
垂直渗透系数
ky
1 H
(i1H1
i2H2
inHn )
k1i1
k2i2
knin
整个土层与层面垂直的平均渗透系数
k y
H1
H H2
Hn
H n ( Hi )
k1 k2
kn
k i1 iy
天津城市建设学院土木系岩土教研室
土力学
渗透系数k既是反映土的渗透能力的定量指标，也是渗流计算时必须用到的一个基本参数。测定方法有：室内和现场
1.室内渗透试验测定渗透系数（1）常水头试验————整个试验过程中水头保持不变
适用于透水性大（k>10-3cm/s）的土，例如砂土。
时间t内流出的水量 Q qt kiAt k h At L

土力学-土渗透和渗流

土样内对水流的阻力 : J ' = j ' L A = - J
（3）渗透力的计算考虑下图的平衡条件得：
w h w A L A w j'L A w h 1 A
j' w(h1hwL)
L
w
h L
wi
j j' wi
由上式可知：渗透力是一种体积力（而不是面力），其量纲与rw相同渗透力的大小和水力梯度成正比，其方向与渗流方向一致。（4）临界水力梯度
Bernoulli’s Equation
z位能水头;u静水压力;w水重度;h-总水头
不计流速的影响 : h z u w
hA HAZA
HA uA /w
hB HBZB
HB uB /w
hhA hB
水力梯度i:
单位长度总水头的变化
i h L
二、达西渗流定律：
1856年法国学者Darcy根据试验结果建立下式
v ki
v—渗流速度（宏观平均值）
k—渗透系数 q v A
q—单位时间流过截面A的水量（平均流量） A—垂直于渗流方向土的截面面积
Q—总流量（通过确定面积A） t —渗流时间
Q qt
渗透系数k的确定方法
实
验
方
法
室内试验方法定水头试验-适用于中.粗砂
变水头试验 - 适用于粘土 . 细粒土
2、土骨架与孔隙水分开考虑（见图3.8等号右端）
（1）土骨架反力土粒有效重量：
w’=r’·L·A 向下的总渗透力：
J=j·L·A 滤网向上的支承力：
P
（2）孔隙水的受力 ● 孔隙水重量+土

第三章土中水的渗透规律

要求：
流量相等
压力相等
阻力相等
总水头:单位重量（容重）水体所具有的能量
u v2 h z w 2g
z：位置水头 u/γw：压力水头
uA w
Δh A
uB w
h1 zA 0
V2/(2g)：流速水头≈0
B L
基准面
h2 0
zB
u 总水头： h z w
A点总水头： B点总水头：
h 水力坡降： i L
kz
H Hi k i
5、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。 Gd γ w i
6、临界水力梯度
i cr
γ G s 1 γω 1e
不发生流土发生流土
i i cr i i cr
课堂作业
1．下列有关流土与管涌的概念，正确的说法是 ( ) A. 发生流土时，水流向下渗流；发生管涌时，水流向下渗流 B. 流土多发生在粘性土中，而管涌多发生在无粘性土中 C. 流土属突发性破坏，管涌属渐进性破坏 D. 流土属渗流破坏，管涌不属渗流破坏 2. 反映土透水性质的指标是( ) A. 不均匀系数 B. 相对密实度 C. 压缩系数 D. 渗透系数
流土（流砂）与管涌
土工建筑物及地基由于渗流作用而出现的变形或破坏基本类型
流土管涌
形成条件
防治措施
流土
在向上的渗透作用下，表层局部土体颗粒同时发生悬浮移动的现象
坝体粘性土k1<<k2 渗流砂性土k2
GD
G Gd
'
wi
or
G’
icr
sat w ' w w
k1

土力学-第三章土的渗透性及渗流

aL
At2
t1 lg
h1 h2
－adh=kAh/Ldt
分离变量积分
k＝
aL
At2
t1 ln
h1 h2
天津城市建设学院土木系岩土教研系数
常用的有现场井孔抽水试验或井孔注水试验。对于均质粗粒土层，现场测出的k值比室内试验得出的值要准确
第3章土的渗透性及渗流
3.1 概述 3.2 土的渗透性 3.3 土中二维渗流及流网（了解） 3.4 渗透破坏与控制
土力学
天津城市建设学院土木系岩土教研室
第3章土的渗透性及渗流
3.1 概述 3.2 土的渗透性 3.3 土中二维渗流及流网（了解） 3.4 渗透破坏与控制
土力学
天津城市建设学院土木系岩土教研室
渗流作用于单位土体的力
j

J AL

whA
AL

i
w
说明：渗透力j是渗流对单位土体的作用力，是一种体积力，其大小与水力坡降成正比，作用方向与渗流方向一致，单位为kN/m3
天津城市建设学院土木系岩土教研室
3.4.2 流砂或流土现象
土力学
渗透力的存在，将使土体内部受力发生变化，这种变化对土体稳定性有显著的影响
（3）土的饱和度
土中封闭气体阻塞渗流通道，使土的渗透系数降低。封闭气体含量愈多，土的渗透性愈小。
（4）土的结构
细粒土在天然状态下具有复杂的结构，一旦扰动，原有的过水通道的形态、大小及其分布都改变，k值就不同。扰动与击实土样的k值比原始的要小
（5）水的温度
粘滞系数随水温发生明显的变化。水温愈高，水的粘滞系数愈小，土的渗透系数则愈大。
h v2 p z

第三章土的渗透性及渗流ppt课件

2024年8月1日星期四2时44分59秒
34
3.渗透破坏与控制
J = rwi
（1）流砂当向上的渗流力与土的浮重
度相等时，粒间有效应力σ'为零，颗粒群同时发生悬浮、移动的现象称为流砂现象（流土现象）。
J= r' rwicr= r'
r' icr= rw
i ≥ icr 流砂
2024年8月1日星期四2时44分59秒
水在土中渗透有规律可以遵循吗？
如何定性和定量化评价水在土中的渗透性的大小？如何来描述？
2024年8月1日星期四2时44分58秒
12
一、渗流模型
实际土体中的渗流仅是流经土粒间的孔隙，由于土体孔隙的形状、大小及分布极为复杂，导致渗流水质点的运动轨迹很不规则。
简化
（1）不考虑渗流路径的迂
回曲折，只分析它的主—“截弯取直” 要流向；
9;
由这些特征可进一步知道，流网中等势
线越密的部位，水力梯度越大，流线越
密的部位流速越大。
板桩墙围堰的流网图
2024年8月1日星期四2时44分59秒
28
流网的绘制
(1) 按一定比例绘出结构物和土层的剖面图；
(2) 判定边界条件：透水面（aa' ，bb' ）等势线； abc 和不透水面为流线；
27
3.流网的特征与绘制
流网的特征
对于各向同性渗流介质，流网具有下列特征：
(1) 流线与等势线互相正交；
(2) 流线与等势线构成的各个网格的长宽比为常数，当长宽比为
1 时，网格为曲线正方形，这也是最常见的一种流网；
(3) 相邻等势线之间的水头损失相等；Δh= ΔH
(4) 各个流槽的渗流量相等。 q=Nf Δq

第三章土的渗透性及渗流

h i L
vi
第2节达西定律
2. 达西定律渗透定律
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
vi
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。注意： V：假想渗流速度，土体试样全断面的平均渗流速度
V h Q kiA k A t l
V /t Vl k Ai Aht
第2节达西定律
例题2.1 在图2.2所示的常水头渗透试验（h=45cm，l=25cm）中，若土试样的断面积是120cm2，渗透系数是 2.5×10-2cm/sec，求10s内土的透水量。解: 已知 A=120cm2，k =2.5×10-2cm/sec，t =10sec， h=45cm，l=25cm 根据常水头渗透试验透水量公式，得10sec内土的透水量为:
②致密的粘土
v
i>i0, v=k(i - i0 )
o i0 i
第2节达西定律
三. 渗透系数的测定测定土的渗透系数的方法有:
常水头试验法
室内试验测定方法
变水头试验法
井孔抽水试验井孔注水试验
野外试验测定方法
第2节达西定律
1.常水头渗透试验
该试验适用于渗透性大的粗颗粒土。试验装置如图所示，圆柱体试料断面积为A，长度为l，保持水头差h不变，测定经过一定时间t的透水量是V，渗透系数k可根据式导出如下：
第三章土的渗透性及渗流
§3.1 地下水引发的工程问题 §3.2 达西定律 §3.3 流网理论简介 §3.4 流土、管涌及其防治
1. 水是土的一个组成成分，在地下工程中举足轻重。

第三章土的渗透性与渗流

管涌破坏土体局部范围的颗粒同时发生移动只发生在水流渗出的表层只要渗透力足够大可发生在任何土中破坏过程短导致下游坡面产生局部滑动等现象位置历时后果土体内细颗粒通过粗粒形成的孔隙通道移动可发生于土体内部和渗流溢出处一般发生在特定级配的无粘性土或分散性粘土破坏过程相对较长导致结构发生塌陷或溃口形成条件土体处于稳定状态土体发生流土破坏土体处于临界状态经验判断
考核知识点

1.水力梯度（出现渗流的决定因素） 2.达西定律（定义、表达式、适用条件） 3.渗透系数（定义、单位、测定方法） 4.影响渗透性的因素
2013---1 单选
6.衡量土的渗透性大小的指标是（） A.相对密度 B 水力梯度 C 土的有效粒径 D 渗透系数

2013---1 判断题
QA
h L
Q 断面平均流速 v A
水力坡降
vi
i h L
2. 达西定律
渗透定律
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。
vi
v ki
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 注意： V：假想渗流速度，土体试样全断面的平均渗流速度 Vs：实际平均渗流速度，孔隙断面的平均渗流速度
临界水力坡降
icr = γ’ /γw
(G s 1) w 1 e
icr
ds 1 1 e
d
s
11 n
三、渗透变形（渗透破坏）
土工建筑物及地基由于渗流作用而出现的变形或破坏基本类型
流土管涌形成条件防治措施
1. 流土
在向上的渗透作用下，表层局部土体颗粒同时发生悬浮移动的现象。

3第三章-土的渗透性及渗流

粗颗粒土一般在完全干燥和洒水饱和状态下最容易密实。主要因为在潮湿状态下，土中的水为毛细水，毛细水压增加了粒间阻力。

பைடு நூலகம்
土的击实试验
在试验室内通过击实试验研究土的压实性。击实试验有轻型和重型两种。
护筒
导筒击实筒
轻型击实试验适用于粒径小于击锤 5mm的土，击实筒容积为947cm3，击锤质量为2.5kg。把制备成一定含水量的土料分三层装入击实筒，每层土料用击锤均匀锤击25下，击锤落高为30.5cm
渗透力
J T wi
负号：渗透力方向与土骨架对水流阻力方向相反
三土的渗透性——渗透力
根据力的平衡条件
wh1 A w LA cos wh2 A TLA 0
cos ( z1 z2 ) / L h1 H1 z1； h 2 H2 z 2
三土的渗透性——渗透力渗流过程
若水自上而下渗流：渗透力方向与土粒所受重力方向相同 ——将增加土粒之间的压力若水自下而上渗流：渗透力方向与土粒所受重力方向相反 ——将减小土粒之间的压力此时，若渗透力大小等于土的浮重度时，则土粒之间压力为零，理论上土粒处于悬浮状态，将随水流一起流动，形成流砂现象
三土的渗透性
三土的渗透性——基本概念
1 基本概念
土：具有连续孔隙介质，水在重力作用下可以穿过土中孔隙而流动渗透或渗流——在水头差作用下，水透过土孔隙流动的现象
渗透性——土体可被水透过的性能
土坝、水闸等挡水后，上游水将通过坝体或地基渗到下游——发生渗透
三土的渗透性——基本概念
渗透引起两个方面问题：
i＞icr：土粒处于流砂状态
i= icr：土粒处于临界状态

土力学第3章.土的渗透性与渗流

3.3.2 不同土渗透系数的范围
不同类的土之间的渗透系数相差极大，一般的范围见表3-2。应记住：粘土，k ≤ 10-6cm/s；粉土，10-6 < k ≤ 10-4cm/s；砂，
10-3 < k ≤ 10-1cm/s。卡萨格兰德（CasagrandeБайду номын сангаас1939）建议的渗透系数的三个重要
界限值为 1.0、10-4 和 10-9cm/s，在工程应用中很有意义。一般认为： 1.0cm/s是土中渗流的层流和紊流的界限；10-4cm/s 是排水良好与排水不良之界限，也是对应于发生管涌的敏感范围；10-9 cm/s大体上是土的渗透系数的下限。
2. 颗粒的尺寸及级配：渗流通道（即土中孔隙通道）越细，
对水流的阻力就越大，而土中孔隙通道的粗细与颗粒的尺寸和级配
有关，特别是与其中较细的颗粒的尺寸有关。故颗粒越大，则孔隙
通道越大， k 也越大。
对于均匀砂土，当有效粒径 d10 = 0.103mm 时，Hazen (1911)建议了
以下经验公式：系数。
试验中，量水管水位、水力坡降、流速和流量都是随时间变化的函数。根据达西定律，在任意时刻 t 的单位面积流量：
q v ki k h L
图3-6 变水头渗透试验原理图
计算公式推导
在 dt 时段中从管中流出试样的水量：在 dt 时段中从管中流入试样的水量：
V1
k
h L
Adt
V2 a dh
图3-4渗流流速与水力坡降的两种非线性关系
对于硬粘土，为简化，以直线的延长线与横坐标的交点 i0 作为起始梯度
v k2 i i0
(a) 卵石中渗流 (b) 硬粘土中渗流
3.3 土的渗透系数

土力学第3章土的渗透性与渗流

（课本第42-43页）
假如：总应力为σ，截面面积为A

有效应力为σs 土颗粒接触面积之和为As 孔隙水压力为uw 孔隙水截面面积之和为Aw 孔隙气压力为ua 气体截面面积之和为Aa
则：
u ' u ' u 'u u ' u
a
a
A s As uw Aw ua Aa
总固液气
（课本第41页）基坑降水和预防流砂发生的措施
1、井点降水：在基坑周边打抽水井，把地下水位降低到基坑下 0.5～1.0m。
注意：抽水泵不能停电，否则水位恢复，基坑浸水、地下室浮起。
基坑
透水层不透水层
基坑降水井点计算将在《基础工程》中学习
（课本第41页）基坑降水和预防流砂发生的措施
h 渗透速度：v k L ki
或
渗流量为： q vA kiA
q——单位渗流量，cm3/s； v——渗透速度，cm/s； k——渗透系数，cm/s； i——水头梯度（△h/L）； A——过水面积，cm2。 v——渗透速度是假想的平均渗流速度，不是地下水的实际流速，是土体断面包括了土颗粒所占的面积的平均渗透速度，但水仅仅通过土体中的孔隙流动。
2、设置地下连续墙或钢板桩：在基坑周边施工地下连续墙或打钢板桩，隔断地下水，
基坑
同时在基坑内设置集中井，把地下水位降低到基坑下0.5～1.0m。
不透水层
透水层
流砂导致工程破坏示例（课本第41-42页）
(a)基坑因流砂破坏；(b)河堤外覆盖层流砂涌出；(c)流砂涌向基坑引起房屋不均匀沉降
渗流：指土中水在重力作用下穿过土中孔隙流动的现象。
渗透性：指土具有被水透过的性质。引起工程问题渗漏问题——水库大坝、河流堤岸等水量损失，甚至造成溃坝、决堤。渗透稳定问题——引起土体应力、强度、变形等变化，出现流砂、管涌问题，造成滑坡、基坑或挡土墙失稳。

土力学_第3章(土渗透性和渗流问题)

抽水试验注水试验
k<10-3cm/s 的粉土和粘土
①常水头渗透试验
▪ 截面积为A，流径L；
▪ 压力水头维持不变；
常水头试验示意图
▪ 试验开始时，水自上而下流经土样；
▪ 待渗流稳走后，测得水量Q； ▪ 同时读得a、b两点水头差h。
则得：
Q qt kiAt k h At L
故，渗透系数为：
k QL hAt
水平方向由最大的
Ky
H1
H2
H H3
k1 k2 k3
一层渗透系数决定，垂直方向由最小的一层渗透系数决定。
四、渗流作用下土的应力状态
（摘自：土力学—冯国栋，p39）
（1）静水条件下土的有效应力与中性应力
W ( wH sath) A
a点的总应力 w H sat h
a点的静水压强 u w (H h)
③现场抽水（注水）试验
k
Q (h22
h12 )
ln
r2 r1
（摘自：清华—土力学，p44）
k nv' L
h
（？）
④利用渗透系数判断土层的透水性
（a）强透水层：K > 10-3cm/s （b）中等透水层： K ＝ 10-3 ～ 10-5 cm/s （c）弱透水层（相对不透水层）： K < 10-6cm/s
k>10-3cm/s 的砂土
②变水头渗透试验
▪ 土样的截面积A，高度为L
▪ 储水管截面积为a
▪ 试验开始储水管水头为h0 ▪ 经过时间t后降为h1 ▪ 时间dt内水头降低dh，水量为：
dQ adh
另外：
dQ kiAdt k (h / L) Adt
变水头渗透试验示意图

土力学第3章土的渗流

三、在稳定渗流作用作用下发生由上向下的渗流情况。此时在土层表面b-b上的孔隙水应力与静水情况相同，仍等于γwh1，面aa平面上的孔隙水应力将因水头损失而减小，其值为
第三章土的渗透性
a-a平面上的总应力仍保持不变，等于
于是，根据有效应力原理，a-a平面上的有效应力为

地下水按埋藏条件可分上层滞水、潜水、承压水3类。上层滞水：存在于地面以下局部隔水层上面的积水。分布范围有限，是季节性或临时性的水源。潜水：埋藏在地面以下第一个连续稳定的隔水层以上，具有自由水面的地下水。潜水的水面标高称为地下水位。潜水水位往往低于上层滞水。承压水：充满在两个稳定的隔水层问的承受一定静水压力的地下水。承压水上下都有隔水层存在，它的埋藏区与补给区不一致。因此，承压水的动态变化，受局部气候的影响不明显。
5
3-2
土的渗透性
一、达西渗透定律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，即相邻2个水分子运动的轨迹相互平行而不混流。著名的达西(Darcy)渗透定律：
渗透速度：
h v k ki L
或渗流量为：
q vA kiA
qx q1x q2 x qnx qix
i 1
n
整个土层与层面平行的平均渗流系数为：
kx
1 H
k H
i 1 i
n
i
第三章土的渗透性
如图3－6 (b) 所示与层面垂直的渗流情况。通过整个土层的总渗流量qy应为各土层渗流量之总和，即
qy q1y q2 y qny

土渗透性与渗流第三章

第3章 土的渗透性和渗流

第三章 土的渗透性及渗流讲解

土力学_第3章(土的渗透性和渗流问题)

土力学-第3章土的渗透性及渗流

第3章：土的渗透性及渗流

土力学土的渗透性和渗流

土力学-第三章土的渗透性及渗流

土力学-土渗透和渗流

第三章 土中水的渗透规律

土力学-第三章土的渗透性及渗流

第三章土的渗透性及渗流ppt课件

第三章 土的渗透性及渗流

第三章 土的渗透性与渗流

3第三章-土的渗透性及渗流

土力学第3章.土的渗透性与渗流

土力学 第3章 土的渗透性与渗流

土力学_第3章(土渗透性和渗流问题)

土力学 第3章 土的渗流

第3章土的渗透性和渗流

第三章土的渗透性及渗流讲解

第三章土中水的渗透规律

第三章土的渗透性及渗流

第三章土的渗透性与渗流

土力学第3章土的渗透性与渗流

土力学第3章土的渗流