土力学第三章吐得渗透性

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水压力对变形也没有直接的影响，土体不
会因为受到水压力的作用而变得密实。
σz=u=100MPa 15
二. 饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算 1. 自重应力情况
(1) 静水条件 地下水 位 海洋 土 毛细饱和 区
(2) 稳定渗流条件
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二. 饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算
(1) 静水条件 地下水 位
第三章
土的渗透性
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§3-1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、气等流体在土体等多孔介质 的孔隙中流动的现象
渗流
土体等多孔介质具有被水、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
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二. 渗透试验与达西定律
2.达西定律
渗透定
律v i
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
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。
v ki
注意： v：假想渗流速度，土体试样全断面的平均渗流速度
A
vs：实际平均渗流速度，孔隙断面的平均渗流速度
经验判断： i i icr
Fs [ i ] : 允许坡降
Fs: 安全系数1.5～2.0
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§3.4 有效应力原理
孔隙流体
三相体系
土＝ 固体颗粒骨架 + 孔隙水 + 孔隙气体
受外荷载作用
总应力由土骨架和孔隙流体共同承受 对所受总应力，骨架和孔隙流体如何分担？ 它们如何传递和相互转化？ 它们对土的变形和强度有何影响？
防治措施
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二.渗透变形（渗透破坏） 1. 基本类型
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
渗流
坝体 粘性土k1<<k2
砂性土k2
原因： W J 0 i icr
icr
Gs 1 1 e
和土的密实程度有关
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二.渗透变形（渗透破坏） 1. 基本类型
管涌
在渗流作用下，一定级配的无粘性土中的细小颗粒，通过较大颗 粒所形成的孔隙发生移动，最终在土中形成与地表贯通的管道。
管涌
原因：
内因—— 有足够多的粗颗粒形 成大于细粒径的孔隙通道
管涌破坏
外因——渗透力足够大
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二.渗透变形 1. 基本类型
流土与管涌的比较
流土
管涌
现象 土体局部范围的颗粒同时发 生移动
位置 只发生在水流渗出的表层
土类 只要渗透力足够大，可 发生在任何土中
历时 破坏过程短
土体内细颗粒通过粗粒形成的 孔隙通道移动
H 1
sat H 2
σ’=σ- u=γwH
u
2
H1saH t2
u=γwH
2
σ’=σ-u =γH1+γsatH2-γwH2 =γH1+(γsat-γw)H2 =γH1+γ’H2
地下水位下降引起 σ’ 增大的部分
地下水位下降会引起 σ’增大，土会产生 压缩，这是城市抽水 引起地面沉降的主要 原因之一。
v kim (m 1)
i
i
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三. 渗透系数的测定及影响因素 1. 测定方法
室内试验测定方 法 野外试验测定方
常水头试验法 变水头试验法 井孔抽水试验 井孔注水试验
法
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§3.3 渗透力与渗透破坏类型
渗透力
渗透变形
一. 渗透力 1、试验观察 2、物理本质 土水整体分析 3、计算方法 土水隔离分析
关③孔隙水压力的作用
对土颗粒间摩擦、土粒的破碎没有贡献，
试想： 海底与土粒间的接触压力 哪一种情况下大？
并且水不能承受剪应力，因而孔隙水压力
对土的强度没有直接的影响；
1m
它在各个方向相等，只能使土颗粒本身
受到等向压力，由于颗粒本身压缩模量很
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大，故土粒本身压缩变形极小。因而孔隙 σz=u=0.01MPa
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
后果 导致下游坡面产生局部滑动等 导致结构发生塌陷或溃口
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二.渗透变形 2.形成条件
流土
无压重时： i < icr : i > icr : i = icr :
土体处于稳定状态 土体发生流土破坏 土体处于临界状态
总应力
Terzaghi （1923） 有效应力原理 固结理论
土力学成为独立的学科
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一. 有效应力原理的基本概念
'u （1）
（2） 土的变形与强度都只取决于有效应力
①变形的原因
颗粒间克服摩擦相对滑移、滚动—与 σ’ 有关；
接触点处应力过大而破碎—与 σ’ 有关。
②强度的成因 凝聚力和摩擦—与σ’ 有
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§3 土体中的应力计算 §3.5 有效应力原理
二. 饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算 1.自重应力情况
(2) 稳定渗流条件
Δh
H
粘土 层
γsat
砂层，承压水 向上渗流
Δh H γsat
砂层，排水 向下渗流
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二. 饱和土中孔隙水压力和有效应力的计算
土水整体分析
向上渗流: Δh
向下渗流:
H
粘土层 γsat
n Av A
A > Av
v
vs
v n
Av
Q＝vA ＝ vsAv
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二. 渗透试验与达西定律 适用条件：
层流（线性流）
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：
Re
v d10
Re＜5时层流 Re ＞200时紊流 200＞ Re ＞5时为过渡区
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二. 渗透试验与达西定律 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
（2）粘性土： 致密的粘土 i > i0, v = k(i - i0 )
v vcr o
v
o i0
二.渗透变形（渗透破坏）
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一. 渗透力
渗透力的性质 物理意义：单位土体内土骨架所受到的渗透水流的拖曳力，它是体积力
大小： j = γwi 方向：与 i 方向一致（均质土与渗流方向一致） 作用对象：土骨架
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二.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
Hw h
渗流压密
砂层，承压水
A
Hwh
s aH t
u
uw(Hh) saH tw(Hh)
Hwh 渗透压力: wh
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