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。
终导致土体塌陷的现象.
• 潜蚀：自然状态下,由于地下水的蚀)作用。
• 2．管涌产生的条件： • 几何条件：孔道直径大于颗粒直径,不均匀系数CU ＞ 10的
土,才会发生管涌。
• 水力条件：足够的水力梯度,渗流力能带到细颗粒在孔隙间 滚动或移动。
• 3．防治措施 • ①．改善水力条件： 降低水力梯度 • ②．改善几何条件： 渗透出口反压
• 流线：水质点的流动轨迹.某点的切线方向为速度矢量方向。
• 等势线：渗流场中势能或水头的等值线。
• 流网的特征：(1)．流线与等势线互相正交。
•
(2)．流网常取为1：1的正方形网格。
•
(3). 相邻等势线之间的水头损失相等。
•
(4)．各个流槽的流渗量相等。
2． 流网的绘制
步骤：
(1)．按一定比例画出结构物和土层的剖面图。
颗粒群发生悬浮,动的现象，(多发生在颗粒级配均匀的饱和细 砂、粉砂和粉土层中)。 • (2) 临界水力梯度: 使土开始发生流砂现象时的水力梯度，即 渗透力与土颗粒的浮重度相等。
•
icr
icr



sat
1 (ds 1)(1 n)
ds 1 1 e
• 达西发现，q与A、h成正比，与L成反比， 则写成：
• 则渗透速度
（单位时间
通过单位面积的水量）
• 式中：渗透速度，m/s；
• i------水力坡降（水头梯度）；
• K-----渗透系数
• 由于达西定律只适用于层流的情况，故一般只适用于中砂、 细砂、粉砂等。
• 在粘土中，土颗粒周围存在着结合水，结合水因受到电分子 引力的作用而呈现粘滞性。因此，粘土中自由水的渗流受到 结合水的粘滞作用产生很大的阻力，只有克服结合水的抗拉 强度后才能开始渗流。将克服此抗拉强度所需要的水头梯度， 称为粘土的起始水头梯度ib。这样在粘土中，达西定律为：
（3）icr的影响因素：
①土的不均匀系数越大， icr越小。
②土中细颗粒含量越高, icr增大。
③土的渗透系数越大, icr越低。
(4)．流砂的防治原则：
①减少或消除水头差
②增长渗流的路径
③渗出口用透水材料覆盖反压,平衡渗流力.
④土层加固处理.
• 3 . 4 . 3 管涌和潜蚀现象 • 1. 管涌：水土沿土体中已形成的贯通渗流通道,大量流失,最
2．达西定律：法国学者达西（H·Darcy）于1856年通
过砂土的渗透试验，发现了地下水的运动规律，称为达西 定律。试验装置下图所示。
L----试样长（砂土）； A----截面积； h----水位差； t-----时间（s）； Q----试验开始t秒钟后盛水容器所接水量（cm3）。
• 则每秒钟渗透量
第三章 土的渗透性及渗流
• § 3 . 1 概述 • 渗透: 液体从物质微孔中透过的现象。 • 渗透性: 土体具有被液体透过的性质(透水性)。 • 渗流: 液体在土孔隙或其它透水性介质中的流动问题。 • 研究内容：
• 渗流量的问题:如基坑开挖的渗水量、水井的供水量； • 渗透破坏问题: 渗透力过大时，土粒或土体移动，产生渗透变
(2)．渗透的作用,使水压力或浮力发生变化,导致土体或结构物失 稳.如滑坡或整体失稳。
3 . 4 . 1 渗流力
(动水力)渗流力：单位体积土颗粒所受到的渗流作用力, J i
渗透力的大小与水力坡度成正比，其方向与渗透方向一致。 3 . 4 . 2 流砂或流土现象 • (1) 流砂(流土)：在向上的渗流力作用，粒间有效应力为零时，
•
V=k(i-ib)
• 式中: ib---起始水头梯度（起始水力坡降）。
• a砂土；b密实粘土； c砾类土 • 砾类土和巨粒土中，只有在小的水力坡降下，渗透速度与水力坡降才
呈线性关系，而在较大的水力坡降下，水在土中的流动进入紊流状态， 呈非线性关系，此时达西定律不能适用，如上图（c）所示，需建立 紊流情况下的公式关系。
• 2.现场测定渗透系数
•
抽水试验
K

2.3
( h2
tgr2 /
2 - h12
r1
)
• 3．影响渗透系数的主要因素
• (1)．土的粒度成分：颗粒组且均匀时, K大。
• (2)．土的密实度：愈密实 K愈小。
• (3)．土的饱和度，饱和度小, K小。
• (4)．土的结构： 结构扰动后, K值变化。
(2)．判断边界条件。
(3)．试画若干条流线 (应相互平行,不交叉的缓和曲线)，流线应 与进水面、出水面正交，并与不透水面接近平行，不交叉。
(4)．加绘等势线，须与流线正交,且每个流渗区的形状接近方块。
3. 流渗量的计算
(1)水头的计算: 若总水头差为 ,则相邻等势线之间的水头损
失。
(2)流渗量