地下水与孔隙水压力

2 渗流、渗透力和渗透破坏
2.1 流网
• 稳定渗流场的 • 拉普拉斯方程：
• ψ 为流函数， • φ 为势函数
流网性质
• (1) 等势线与流线正交；
源自文库
• (2) 如各等势线间的差值相等，各流线 间的差值相等，则各网格的长宽比相等；
流网性质
• (3) 如研究区总流量为 , 划分 q q 为个流线分道，则每分道流 Nf 量为 H q N qkH h q N N H • 如研究区总水头差为，划分 h 为个等势分格，则每等分格 Nf 的水头差为 • (4) 当a=b时，流经研究区的 Nf q kH 流量由下式求得： Nd
7. 地下水位升降对岩土工程的影响
• 地下水位上升的影响： • 降低地基承载力，建筑物附 • 加沉降 • 增加地下工程防水抗浮设施 • • • 产生湿陷、胀胀、溶陷、冻 胀 • • 加剧液化势 • • 边坡失稳，老滑坡复活 • 治泽化、盐碱化、改变环境 • • 地下水位下降的影响 产生地面沉降 诱发地面塌陷 诱发地裂缝 造成海水入侵 造成水源枯竭，水质恶化
i cr

w
( Gs 1 )( 1 n )
流土的治理原则
• • • （1）减小或消除水头差； （2）增加渗流途径； （3）在渗流出口处覆盖透水材料，平 衡渗流力； • （4）用注浆等法改良土性。
下层水头高于上层水头条件下的水头分布示意图
2.3 渗透力
• 地下水在土体流动，受土粒的阻力，对 土粒施加渗流力。 • 渗流力是体积力，量纲与水的重度γ ω 相 同，大小与水力梯度 i成正比，方向与水 流方向一致
wh j
L
w
i
2.4 渗透破坏
• 流土
• 向上的渗流力克服了土的向下重力时， 土颗粒悬浮，移动，发生流土。 • 多发生在级配均匀的粉细砂或粉土中， • 具有突发性，危险性很大
毛细带水
• 1）上升高度与土的颗粒大小、颗粒级配 有关，粘性土上升高度较大； • 2）随高度增加，含水量降低，由毛细饱 和带过渡到非饱和带 • 3）孔隙水压力为负值； • 4）存在毛细滞后现象，
3 潜水和承压水
• 同一含水层，随空间位置不同，有的地方表现 为潜水，有的地方表现为承压水，但静水压力 为零压面（潜水水位和承压水水头）仍是连续 的。 • 随着季节的不同，年度的变化以及人为干预， 同一含水层的性质可能转化，从潜水转为承压 水或从承压水转化为潜水。 • 层间潜水
5 裂隙水和岩溶水
• 水体形状的高度不规则性
• 水流性质和特殊性
• 富水性的高度不均匀
6 孔隙水压力形式：
• 静水压力。静止的地下水只存在静水压力，孔 隙水压力就是静水压力。 • 渗流孔隙水压力。作渗流运动时，除静水压力 外，还有沿渗流方向的渗流孔隙水压力，产生 渗流力。 • 超静水压力。由于某种静力或动力作用，在静 水压力基础上增长，有非稳定性质，有发生、 积累、消散的过程，对土的有效强度影响很大。 • 负孔隙水压力。存在于非饱和土中。
地下水和孔隙水压力
2006.9.
目录
• • • • 1 地下水的赋存和静水压力 2 渗流、渗透力和渗透破坏 3 超静水压力 4 地下水与工程
1 地下水的赋存和静水压力
1.2 地下水位和水头
• • • • • • • 第一层地下水的稳定水位 静水压力为零的位置 不一定是饱和土和非饱和土的分界线 初见水位和稳定水位 潜水面，静水压力为零。 承压水零压面根据压力水头确定。 与潜水水位相同，其水头位置也是静水压力为 零的位置。
2.2 越层渗流的水头变化
H Z
P



2
2g
无越流渗透
含水层
弱透水层
含水层
压力水头分布
位置水头分布
总水头分布
图
无越流渗透条件下的水头分布示意图
含水层
弱透水层
含水层
压力水头分布
位置水头分布
总水头分布
图
有越流渗透条件下的水头分布示意图
含水层
弱透水层
含水层
压力水头分布
位置水头分布
总水头分布
图
4 上层滞水
• 局部性和暂时性，无统一的有规律的水 位，形不成统一的有一定规模水体， • 上层滞水下边存在非饱和带。 • 不存在侧向地下水体补给，更无下层含 水层的越流补给
上层滞水
• 工程建设后有时可能不复存在，但也可 能使水体扩大，连成大片。 • 对工程的主要影响是基坑开挖，破坏土 钉墙稳定，造成桩间土坍塌 • 是否存在浮力？视水体与建筑物的相对 尺寸和相对位置而定。
f
fd
流网性质
• (5) 不透水边界，等势线与之垂直，流线与 之平行； • 等水头边界，流线与之垂直，等水头边 界就是等势线； • (6) 等势线越密，水力梯度越大；流线越密， 流量越大。 • (7) 网格越密，水力梯度、流速、流量越大， 由渗透造成的孔隙水压力越大，越易产生 渗透变形（渗透破坏）； • 反之，网格越稀，水流越平稳。
7
• • • • •
静水压力特征
压力的等向性 压力的三角形分布 与土的渗透系数无关 与土的孔隙度无关
工 程
含水层
①
弱透水层
孔隙水中静水压力的传递
• 砂土、粉土、粘性土 • 均适用有效应力原理 • 包括水压力、浮力 • 密实的硬粘土，是否传递水压力？是否 服从达西定律而流动？ • 是否作用静水压力？地下结构上是否作 用完全的浮力？
地下水位和水头
• 波动决定于补给、排泄的平衡关系 • 地面水和地下水, 统一的水循环。 • 补给大于排泄，地下水积累，水位或水 头上升； • 排泄大于排给，含水层中的水被消耗， 水位或水头下降。
地下水位和水头
• 超采开采静储量，伴 • 随着补排关系的变化， 地下分水岭外移，地 表水转为地下水。 • 地下水位低时，地表 水转入地下，甚至消 失； 减采地下水位升高后， 增加静储量，地下分 水岭内移，地表水增 加，以泉的形式溢出。
• 地下水位上升，地下 水补给地表水，又出 现地面泾流。
1.2 包气带水和毛细带水 包气带水
• 1 ）位于地下水位和毛细带以上，大气降水渗 入地下的通道； • 2）只有一部分孔隙充水，呈非饱和状态； • 3）存在基质吸力，孔隙水压力为负值； • 4 ）压力不能用普通方法量测，只能用张力计 或基质吸力计量测； • 5 ）渗透系数对于同一类土不是常数，随含水 量而变，含水量越低，渗透系数越小，