土的渗透性分析
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粘性土： 致密的粘土存在起始水力坡降 i>ib, v=k(i - ib )
v k i i b
ib 密实粘土
i
3 渗透系数的测定方法
（1）测定方法
K >10-3cm/s 的砂土
室内试验 渗透系数测定 现场试验
常 水 头 变 水 头 抽水试验 注水试验
k<10-3cm/s 的粉土和 粘土
主要有：流沙（土）和管涌
渗透变形
流土示意图
5 渗流对工程稳定性造成的破坏
（2）定义及产生的条件
流土：在向上的渗透水流作用下，表层土均布范围内的土体或颗 粒群同时发生悬浮、移动的现象。 管涌：在渗流水流作用下，土中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中 移动，以至流失；随着土的孔隙不断扩大，渗透流速不断增 加，较粗的颗粒也相继被水流逐渐带走，最终导致土体内形 成贯通的渗流管道，造成土体坍塌。
悬浮状态
土颗粒接触点
向上渗流
5 渗流对工程稳定性造成的破坏
流土 现象 位置 土类 历时 后果
土体局部范围的颗粒同时 发生移动 只发生在水流渗出的表层
管涌
土体内细颗粒通过粗粒形成 的孔隙通道移动
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 导致结构发生塌陷或溃口
土的性质
• 土颗粒的粒径、级配和矿物成分（大）
• 土的结构和构造 • 孔隙比或孔隙率（大） • 土的饱和度？
水来自百度文库性质
k cd
2 10
d10—含量小于10%的
粒径，cm；
c—经验系数，40-150 之间。 （摘自：清华-土力学）
e lg k
• 水的动力粘滞度
5 渗流对工程稳定性造成的破坏
3 渗透系数的测定方法
流入和流出相等：
adt k (h / L) Adt
即
aL dt dh kAh
整理并积分得
t1
t0
dt
h1
h0
aL dh ( ) kA h
aL h0 t1 t 0 ln( ) kA h1
由此求得渗透系数：
h0 aL k ln( ) A(t1 t 0 ) h1
土的渗透试验
1 土的渗透性
土 碎散性
多孔介质
三相体系
能量差 渗透特性 强度特性 变形特性
孔隙流体流动
渗流
互相关联
土力学重 要课题 互相影响
土颗粒
土中水
水、液体等在土体孔隙中流动的现象 土具有被水、液体等透过的性质
渗流 渗透性
土的渗透对工程会产生两个问题： （a）渗漏问题； （b）渗透稳定性问题
2 达西渗透定律
只要渗透力足够大， 可发生在任何土中 破坏过程短 导致下游坡面产生局部滑动等
流土与管涌的比较
k
QL hAt
3 渗透系数的测定方法
②变水头渗透试验
土样的截面积A，高度为L 储水管截面积为a 试验开始储水管水头为h0
经过时间t后降为h1
时间dt内水头降低dh，水量为：
dQ adh
另外： 变水头渗透试验示意图
k<10-3cm/s的 粉土和粘土
dQ kiAdt k (h / L) Adt
Vr：实际平均渗流速度，孔隙断面的平均渗流速度
n
Ar A
A > Ar q＝VA ＝ VrAr
v v vr n
2 达西渗透定律
2.1 适用条件 层流（线性流）
——大部分砂土，粉土；疏松的粘土 及砂性较重的粘性土
v vcr o 砾土 v
vk i
i
2.2 两种特例
粗粒土：
在纯砾以上的很粗的粗粒土如堆 石体中，在水力坡降较大时，达 西定律不再适用 v k i
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。
vi
q v k i A
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 注意： V：假想渗流速度，土体试样全断面的平均渗流速度
3 渗透系数的测定方法
变水头渗透试验装置
仪器主要由上盖、底座、套座、 环刀、透水石、螺杆等组成。
3 渗透系数的测定方法
常水头试验 条件 已知 测定 算定 取值 适用
Δh=const Δh，A，L Q， t
变水头试验
Δh变化 a，A，L Δh，t
k aL h ln 1 At 2 t1 h2
3 渗透系数的测定方法
①常水头渗透试验 截面积为A，流径L；
压力水头维持不变； 试验开始时，水自上而下流经土样； 待渗流稳走后，测得水量Q； 同时读得a、b两点水头差h。
则得：
k>10-3cm/s 的砂土
常水头试验示意图
h Q qt kiAt k At L
故，渗透系数为：
QL AΔht 重复试验后，取均值 k=
不同时段试验，取均值 粘性土
粗粒土
3 渗透系数的测定方法
利用渗透系数判断土层的透水性
（a）强透水层：K > 10-3cm/s
（b）中等透水层： K ＝ 10-3 ～ 10-5 cm/s
（c）弱透水层（相对不透水层）： K < 10-6cm/s
渗透系数参考值
4 渗透系数的影响因素
v k i i b
ib 密实粘土
i
3 渗透系数的测定方法
（1）测定方法
K >10-3cm/s 的砂土
室内试验 渗透系数测定 现场试验
常 水 头 变 水 头 抽水试验 注水试验
k<10-3cm/s 的粉土和 粘土
主要有：流沙（土）和管涌
渗透变形
流土示意图
5 渗流对工程稳定性造成的破坏
（2）定义及产生的条件
流土：在向上的渗透水流作用下，表层土均布范围内的土体或颗 粒群同时发生悬浮、移动的现象。 管涌：在渗流水流作用下，土中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中 移动，以至流失；随着土的孔隙不断扩大，渗透流速不断增 加，较粗的颗粒也相继被水流逐渐带走，最终导致土体内形 成贯通的渗流管道，造成土体坍塌。
悬浮状态
土颗粒接触点
向上渗流
5 渗流对工程稳定性造成的破坏
流土 现象 位置 土类 历时 后果
土体局部范围的颗粒同时 发生移动 只发生在水流渗出的表层
管涌
土体内细颗粒通过粗粒形成 的孔隙通道移动
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 导致结构发生塌陷或溃口
土的性质
• 土颗粒的粒径、级配和矿物成分（大）
• 土的结构和构造 • 孔隙比或孔隙率（大） • 土的饱和度？
水来自百度文库性质
k cd
2 10
d10—含量小于10%的
粒径，cm；
c—经验系数，40-150 之间。 （摘自：清华-土力学）
e lg k
• 水的动力粘滞度
5 渗流对工程稳定性造成的破坏
3 渗透系数的测定方法
流入和流出相等：
adt k (h / L) Adt
即
aL dt dh kAh
整理并积分得
t1
t0
dt
h1
h0
aL dh ( ) kA h
aL h0 t1 t 0 ln( ) kA h1
由此求得渗透系数：
h0 aL k ln( ) A(t1 t 0 ) h1
土的渗透试验
1 土的渗透性
土 碎散性
多孔介质
三相体系
能量差 渗透特性 强度特性 变形特性
孔隙流体流动
渗流
互相关联
土力学重 要课题 互相影响
土颗粒
土中水
水、液体等在土体孔隙中流动的现象 土具有被水、液体等透过的性质
渗流 渗透性
土的渗透对工程会产生两个问题： （a）渗漏问题； （b）渗透稳定性问题
2 达西渗透定律
只要渗透力足够大， 可发生在任何土中 破坏过程短 导致下游坡面产生局部滑动等
流土与管涌的比较
k
QL hAt
3 渗透系数的测定方法
②变水头渗透试验
土样的截面积A，高度为L 储水管截面积为a 试验开始储水管水头为h0
经过时间t后降为h1
时间dt内水头降低dh，水量为：
dQ adh
另外： 变水头渗透试验示意图
k<10-3cm/s的 粉土和粘土
dQ kiAdt k (h / L) Adt
Vr：实际平均渗流速度，孔隙断面的平均渗流速度
n
Ar A
A > Ar q＝VA ＝ VrAr
v v vr n
2 达西渗透定律
2.1 适用条件 层流（线性流）
——大部分砂土，粉土；疏松的粘土 及砂性较重的粘性土
v vcr o 砾土 v
vk i
i
2.2 两种特例
粗粒土：
在纯砾以上的很粗的粗粒土如堆 石体中，在水力坡降较大时，达 西定律不再适用 v k i
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。
vi
q v k i A
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 注意： V：假想渗流速度，土体试样全断面的平均渗流速度
3 渗透系数的测定方法
变水头渗透试验装置
仪器主要由上盖、底座、套座、 环刀、透水石、螺杆等组成。
3 渗透系数的测定方法
常水头试验 条件 已知 测定 算定 取值 适用
Δh=const Δh，A，L Q， t
变水头试验
Δh变化 a，A，L Δh，t
k aL h ln 1 At 2 t1 h2
3 渗透系数的测定方法
①常水头渗透试验 截面积为A，流径L；
压力水头维持不变； 试验开始时，水自上而下流经土样； 待渗流稳走后，测得水量Q； 同时读得a、b两点水头差h。
则得：
k>10-3cm/s 的砂土
常水头试验示意图
h Q qt kiAt k At L
故，渗透系数为：
QL AΔht 重复试验后，取均值 k=
不同时段试验，取均值 粘性土
粗粒土
3 渗透系数的测定方法
利用渗透系数判断土层的透水性
（a）强透水层：K > 10-3cm/s
（b）中等透水层： K ＝ 10-3 ～ 10-5 cm/s
（c）弱透水层（相对不透水层）： K < 10-6cm/s
渗透系数参考值
4 渗透系数的影响因素