土力学-第3章土的渗透性及渗流
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Q
§3.1概述
天然水面
不透水层
透水层 渗流量 降水深度
9
§3 土的渗透性及渗流 渠道渗流
§3.1概述
原地下水位
渗流量
渗流时地下水位
地下水 影响范围
10
§3 土的渗透性及渗流 渗流滑坡
§3.1概述
渗透力 入渗过程
11
§3 土的渗透性及渗流
§3.1概述
土的渗透性及渗透规律 二维渗流及流网
渗透力与渗透变形
3
§3 土的渗透性及渗流
概述
碎散性 多孔介质
渗流
三相体系 能量差
孔隙流体流动
土颗粒 土中水
水、气等在土体孔隙中流动的现象
渗流
土具有被水、气等流体透过的性质
渗透性
非饱和土的渗透性 饱和土的渗透性
渗透特性 强度特性 变形特性
§3 土的渗透性及渗流
不饱和土 饱和土
毛细水（地下水位以上) 地下水位(潜水）
位置、压力和测管水头 14
§3 土的渗透性及渗流
一．渗流基本概念
水往低处流
速度v
水往高处“跑”
压力u
§3.2土的渗透性
位置：使水流从位置势能 高处流向位置势能低处
流速：水具有的动能 压力：水所具有的压力势能
也可使水流发生流动
水流动的驱动力 15
§3 土的渗透性及渗流
§3.2土的渗透性
一．渗流基本概念
19
§3 土的渗透性及渗流
§3.2土的渗透性
解：
20
§3 土的渗透性及渗流
§3.2土的渗透性
hb
hc
hac
Lbc L
5 25 5 5 15
11.25cm
总水头变化：
5 a
25 a
b
b
c
c
5
21
§3 土的渗透性及渗流
§3.2土的渗透性
水力梯度：
5 a
25 a
b
b
c
c
5
22
§3 土的渗透性及渗流
w
uA w
h1 zA
0
测管水头
A
B L
基准面
Δh
uB
w h2
zB 0
A点总水头：
B点总水头：
水头差：
水力坡降：
h1
zA
uA w
h2
zB
uB
w
h h1 h2
i h L
18
§3 土的渗透性及渗流
§3.2土的渗透性
例3-1
求：（1）截面的位置水头、压力水头和总水头 （2）截面之间的水头损失和水力梯度
第三章
土的渗透性及渗流
§3 土的渗透性及渗流
本章特点
• 有较严格的理论（水流的一般规律） • 有经验性规律（散粒体多孔介质特性）
学习要点
• 注重对物理概念和意义的深入理解 • 注意土是散粒体（多孔介质）这一特点
主要难点
• 水头及水力坡降 • 二维流网及其应用 • 渗透力及其分析方法
2
§3 土的渗透性及渗流
§3.2土的渗透性
➢ 同一过水断面，渗流模型的流量等于真实渗流的流量； ➢ 任一界面上，渗流模型的压力与真实渗流的压力相等； ➢ 相同体积内，渗流模型所受阻力与真实渗流相等。
图3-1 渗流模型
24
§3 土的渗透性及渗流
§3.2土的渗透性
渗流速度
断面面积为A，通过的渗透流流量为q，则平均流速为：
v=q/A
上层滞水
潜水 承压水
5
§3 土的渗透性及渗流
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
代表单位重量的液体从基准面算起
uB w
u0pa
B
所具有的位置势能
uA 压力水头：水压力所能引起的自由
w
水面的升高，表示单位重量液体所
源自文库
具有的压力势能
静水 A
测管水头：测管水面到基准面的垂
zB
zA
直距离，等于位置水头和压力水头
0 基准面
0
之和，表示单位重量液体的总势能
在静止液体中各点的测管水头相等
真实渗流仅发生在孔隙面积Av内，因此真实流速为：
于是
v0=q/Av
A
v/v0=Av/A=n
“模型的平均流速要小于真实流速” Av 25
§3 土的渗透性及渗流
二. 土的层流渗透定律
致。 因此，承压水的动态变化，受局部气候的影响不明显。
6
§3 土的渗透性及渗流 土石坝坝基坝身渗流
§3.1概述
防渗斜墙及铺盖 不透水层
土石坝
浸润线
透水层
渗流量 渗透破坏
渗透力
§3 土的渗透性及渗流
§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
8
§3 土的渗透性及渗流 水井渗流
土中通常含有水，土中含水量的变化及 土体中水的流动对土特性的影响非常大。有时 这种影响可能会带来灾难。
水对土特性影响的直观理解为：土的含水量 小时，土比较硬；土中适当含水可使散粒土颗 粒粘合在一起，使其具有一定的粘结强度，但 当土的含水量过大时则会变软。 当水在土中流动较快时，将引起坝基渗流、 基坑渗流、塌方、泥石流及流土、地下工程受 淹等灾害。
渗流 扬量压 渗力水压 渗透力变 渗形流滑
坡
挡水建筑物 集水建筑物 引水结构物 基坑等地下施工 多雨地区边坡
土坡稳定分析
12
§3 土的渗透性及渗流
§3.2 土的渗透性
一．渗流基本概念 二．土的层流渗透定律 三．渗透试验及渗透系数
13
§3 土的渗透性及渗流
§3.2土的渗透性
一．渗流基本概念
位置水头：到基准面的竖直距离，
§3.2土的渗透性
水在土的孔隙中流动，其形式可以分为： 层流：水的流速很慢，认为相邻两个水分子运动轨迹相互平行而不混掺。 紊流：紊流与层流的意义相反。
渗流模型基本假定：
图3-1 渗流模型
➢ 不考虑渗流路径的迂回曲折，只分析它的主要流向；
➢ 认为孔隙和土粒所占的空间之总和均为渗流所充满。
23
§3 土的渗透性及渗流
位置势能： mgz
质量 m 压力 u 流速 v
0 基准面
u w
z
0
压力势能： 动能： 总能量：
mg u w
1 mv2 2 E mgz mg u 1 mv2
w 2
单位重量水流的能量：
h z u v2 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
一．渗流基本概念
§3.2土的渗透性
板桩墙 基坑
透水层 不透水层
A
B L
渗流中的水头与水力坡降 17
§3 土的渗透性及渗流
一．渗流基本概念
§3.2土的渗透性
总水头－单位重量水体所具有的能量
u v2 hz
w 2g
z：位置水 头 u/γw：压力水 V头2/(2g)：流速水头≈0
总水头： h z u
§3.1概述
天然水面
不透水层
透水层 渗流量 降水深度
9
§3 土的渗透性及渗流 渠道渗流
§3.1概述
原地下水位
渗流量
渗流时地下水位
地下水 影响范围
10
§3 土的渗透性及渗流 渗流滑坡
§3.1概述
渗透力 入渗过程
11
§3 土的渗透性及渗流
§3.1概述
土的渗透性及渗透规律 二维渗流及流网
渗透力与渗透变形
3
§3 土的渗透性及渗流
概述
碎散性 多孔介质
渗流
三相体系 能量差
孔隙流体流动
土颗粒 土中水
水、气等在土体孔隙中流动的现象
渗流
土具有被水、气等流体透过的性质
渗透性
非饱和土的渗透性 饱和土的渗透性
渗透特性 强度特性 变形特性
§3 土的渗透性及渗流
不饱和土 饱和土
毛细水（地下水位以上) 地下水位(潜水）
位置、压力和测管水头 14
§3 土的渗透性及渗流
一．渗流基本概念
水往低处流
速度v
水往高处“跑”
压力u
§3.2土的渗透性
位置：使水流从位置势能 高处流向位置势能低处
流速：水具有的动能 压力：水所具有的压力势能
也可使水流发生流动
水流动的驱动力 15
§3 土的渗透性及渗流
§3.2土的渗透性
一．渗流基本概念
19
§3 土的渗透性及渗流
§3.2土的渗透性
解：
20
§3 土的渗透性及渗流
§3.2土的渗透性
hb
hc
hac
Lbc L
5 25 5 5 15
11.25cm
总水头变化：
5 a
25 a
b
b
c
c
5
21
§3 土的渗透性及渗流
§3.2土的渗透性
水力梯度：
5 a
25 a
b
b
c
c
5
22
§3 土的渗透性及渗流
w
uA w
h1 zA
0
测管水头
A
B L
基准面
Δh
uB
w h2
zB 0
A点总水头：
B点总水头：
水头差：
水力坡降：
h1
zA
uA w
h2
zB
uB
w
h h1 h2
i h L
18
§3 土的渗透性及渗流
§3.2土的渗透性
例3-1
求：（1）截面的位置水头、压力水头和总水头 （2）截面之间的水头损失和水力梯度
第三章
土的渗透性及渗流
§3 土的渗透性及渗流
本章特点
• 有较严格的理论（水流的一般规律） • 有经验性规律（散粒体多孔介质特性）
学习要点
• 注重对物理概念和意义的深入理解 • 注意土是散粒体（多孔介质）这一特点
主要难点
• 水头及水力坡降 • 二维流网及其应用 • 渗透力及其分析方法
2
§3 土的渗透性及渗流
§3.2土的渗透性
➢ 同一过水断面，渗流模型的流量等于真实渗流的流量； ➢ 任一界面上，渗流模型的压力与真实渗流的压力相等； ➢ 相同体积内，渗流模型所受阻力与真实渗流相等。
图3-1 渗流模型
24
§3 土的渗透性及渗流
§3.2土的渗透性
渗流速度
断面面积为A，通过的渗透流流量为q，则平均流速为：
v=q/A
上层滞水
潜水 承压水
5
§3 土的渗透性及渗流
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
代表单位重量的液体从基准面算起
uB w
u0pa
B
所具有的位置势能
uA 压力水头：水压力所能引起的自由
w
水面的升高，表示单位重量液体所
源自文库
具有的压力势能
静水 A
测管水头：测管水面到基准面的垂
zB
zA
直距离，等于位置水头和压力水头
0 基准面
0
之和，表示单位重量液体的总势能
在静止液体中各点的测管水头相等
真实渗流仅发生在孔隙面积Av内，因此真实流速为：
于是
v0=q/Av
A
v/v0=Av/A=n
“模型的平均流速要小于真实流速” Av 25
§3 土的渗透性及渗流
二. 土的层流渗透定律
致。 因此，承压水的动态变化，受局部气候的影响不明显。
6
§3 土的渗透性及渗流 土石坝坝基坝身渗流
§3.1概述
防渗斜墙及铺盖 不透水层
土石坝
浸润线
透水层
渗流量 渗透破坏
渗透力
§3 土的渗透性及渗流
§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
8
§3 土的渗透性及渗流 水井渗流
土中通常含有水，土中含水量的变化及 土体中水的流动对土特性的影响非常大。有时 这种影响可能会带来灾难。
水对土特性影响的直观理解为：土的含水量 小时，土比较硬；土中适当含水可使散粒土颗 粒粘合在一起，使其具有一定的粘结强度，但 当土的含水量过大时则会变软。 当水在土中流动较快时，将引起坝基渗流、 基坑渗流、塌方、泥石流及流土、地下工程受 淹等灾害。
渗流 扬量压 渗力水压 渗透力变 渗形流滑
坡
挡水建筑物 集水建筑物 引水结构物 基坑等地下施工 多雨地区边坡
土坡稳定分析
12
§3 土的渗透性及渗流
§3.2 土的渗透性
一．渗流基本概念 二．土的层流渗透定律 三．渗透试验及渗透系数
13
§3 土的渗透性及渗流
§3.2土的渗透性
一．渗流基本概念
位置水头：到基准面的竖直距离，
§3.2土的渗透性
水在土的孔隙中流动，其形式可以分为： 层流：水的流速很慢，认为相邻两个水分子运动轨迹相互平行而不混掺。 紊流：紊流与层流的意义相反。
渗流模型基本假定：
图3-1 渗流模型
➢ 不考虑渗流路径的迂回曲折，只分析它的主要流向；
➢ 认为孔隙和土粒所占的空间之总和均为渗流所充满。
23
§3 土的渗透性及渗流
位置势能： mgz
质量 m 压力 u 流速 v
0 基准面
u w
z
0
压力势能： 动能： 总能量：
mg u w
1 mv2 2 E mgz mg u 1 mv2
w 2
单位重量水流的能量：
h z u v2 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
一．渗流基本概念
§3.2土的渗透性
板桩墙 基坑
透水层 不透水层
A
B L
渗流中的水头与水力坡降 17
§3 土的渗透性及渗流
一．渗流基本概念
§3.2土的渗透性
总水头－单位重量水体所具有的能量
u v2 hz
w 2g
z：位置水 头 u/γw：压力水 V头2/(2g)：流速水头≈0
总水头： h z u