土渗透性及渗流

（2)变水头渗透试验
kT
h aL ln 0 A(t1 t0 ) h1
影响渗透系数的因素
土体的许多性质对渗透系数k有很大影响，其中主要有下列5的方面： d
1、土颗粒的粒径、级配和矿物成分 2、土的孔隙比 3、土的结构和构造 4、土的饱和度 5、渗流水的性质
小结
工程实例
一、土的渗透性 二、地下水的运动方式和判别
直接影响
工程活动
水在土中渗流会对土颗粒施加渗透力，引起土体内部的应力状态、结 构、强度发生改变。当渗透力过大时，土颗粒间会发生相对运动或土 体的整体移动，产生渗透变形或渗透破坏，造成堤坝和基坑破坏、边 坡失稳等问题。
1、渗透变形（破坏）问题
因渗流造成土体变形甚至破坏
Teton大坝， 位于美国爱达 荷州的东南部， 为高93m的土坝。 1976年6月5日 该坝完成后第 一次蓄水时即 发生破坏，造 成11人死亡及 数百万美元的 损失。破坏是 由右岸距坝顶 约40m处的一个 漏洞引起的。
第二章 土的渗透性及水的渗流
主 要 内 容
第一节 概述
第二节 土的渗透性和渗流定律
什么是土的渗透性和水的渗流？
土 大量孔隙（水） 势能 高—低
水的渗流
渗流
土颗粒
土中水
水在土体孔隙或其它透水介质中 流动的现象 土具有被水透过的性 质
渗流 渗透性
为什么要学习土的渗透性和水的渗流？
土的渗透性和水的渗流
地下水运动方式的判别——雷诺数
三、达西定律
1865年，法国水利工程师达西首先 采用图示装置对均匀砂土进行了大量 的渗流实验，发现了水在沙土的渗透 速度与水力梯度成线性关系。
q kh / L =ki v A
k: 反映土透水性的比例系数，称为渗透系数
q——单位时间渗流量 v——渗流速度
i—— 水力坡降
2、渗透变形问题
库水位升降引发滑坡
2003年7月三峡库区 湖北省秭归县发生 的千将坪滑坡，该 滑坡造成24人死 亡，22艘船翻沉。
第二节 土的渗透性和渗流定律

一、土的渗透性 二、地下水的运动方式和判别


三、达西定律
四、达西定律的适用范围 五、渗透系数的测定及其影响因素
掌握：达Hale Waihona Puke Baidu定律、渗透系数、
常水头试验法
变水头试验法 井孔抽水试验 井孔注水试验
渗透系数的室内测定 渗透系数的现场测定
(1) 常水头渗透试验
是指在整个试验过程中保持土样 两端水头不变的渗流实验。
Q vAt kAth / L
QL kT At h
h
A
土样
L Q V
对于黏性土，由于其渗透系数较小故渗水量较小， 用常水头渗透试验不易准确测定。因此，对于 渗透系数小的土可用变水头试验。
（紊流）
地下水的渗流速度与 水力梯度成非线性关系
两种特例：
（1）粗粒土： ①砾石类土中的渗流常不符合达西定律 ②砂土中渗透速度 vcr=0.3-0.5cm/s v
v vcr
o
v ki m (m 1)
i
（2）粘性土： 致密的粘土 i > i0 修正：v = k(i - i0 )
o i0
i
五、 渗透系数的测定及其影响因素
一种假象的平均流速；
水头
水头 hydraulic head：单位重量的水所具有的能量。
土中水流所具有的总能量（总水头）可分为位能（位置水头）、压能 （压力水头）、动能（流速水头）三者之间的关系满足伯努利能量方 程。
h z u / w v / 2g
2
孔隙水压
渗流速度
z——位置水头，水体到基准面的竖直距离，土体中单位重量水所具有的位置 势能；
w
B
hB
L
zB
水头梯度（坡降） hydraulic gradient
i
hA hB h L L
水流损失与渗流路径长 度之比
二、地下水的运动方式和判别
地下水是指地下水位以下的重力水
按地下水的流线形态分类 1、层流 2、湍流 按水流特征随时间的变化状况分类 1、稳定流运动 2、非稳定流运动 按水流在空间上的分布状况分类 1、一维流动 2、二维流动 3、三维流动
四、达西渗透定律的适用范围
适用条件： 层流
前面已经指出，达西定律是描述层流状态下——渗流速度与水力梯度关系的 规律，因此只适用于层流范围。 在土木工程中，绝大多数渗流，无论是发生于砂土中或一般的黏性土中，均 属于层流范围所以达西定律一般均可适用。
按地下水的渗流状态
达西定律适用
（层流） 地下水的渗流速度 与水力梯度成正比
土的渗透性
水在土中流动的路线 是不规则的，为了研究问 题方便，在渗流分析时将 复杂的渗流土体简化为一 种理想的渗流模型。
渗流速度
水在饱和土体中渗流时，在时间t内渗 流通过该 过水截面 其面积为A）的渗 流量为Q 渗流速度 v=Q/At 水在饱和土体中渗流时，其实际平均流 速为（n——土体的孔隙率） _ v=Q/nAt
渗流问题 土的渗透性 及渗透规律


三、达西定律
四、达西定律的适用范围 五、渗透系数的测定及其影响
因素
1. 水在土中渗流会使土的强度发生变化，引起土体变形，甚至影响建筑地基的 稳定。 2. 在层流渗透情况下，砂土中水的渗流服从达西定律，即水的渗流速度与水力 梯度呈正比。 3. 渗透系数是土的基本力学性能指标之一，用来表征土体被水透过的性能，渗 透系数可通过室内试验或现场试验测定。
u / w ——压力水头，表示单位重量水体所具有的压力势能；
v2/2g——速度水头，表示单位重量水体所具有的动能。
水头梯度
测压管 piezometer tube
w
在单位流程中水头损 失的多少就可以表征 水在土中渗流的推动 力大小；
uA
总水头 线 A
h
uB
hA zA
h h1 h 2