土力学东南大学土渗透性及渗流
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1.室内渗透试验测定渗透系数
• 室内试验方法1—常水头试验法
▪试验装置：如图 ▪试验条件: Δh，A，L=const
▪量测变量: Q，t
▪结果整理
q=Q/t q=kAi i=Δh/L
k QL AΔht
适用土类：透水性较大的土力砂学性东土南大学土渗透性及渗流
§3 土的渗透性及渗流 §3.2土的渗透性 3.2.3渗透试验及渗透系数
第三章 土的渗透性及渗流
土力学东南大学土渗透性及渗流
H
§3 土的渗透性及渗流
§3.1概述
上游
浸润线 下游
流线 等势线
土坝蓄水后水透 过坝身流向下游
隧道开挖时，地下 水向隧道内流动
在水位差作用下，水透过土体孔隙的现象称为渗透 土力学东南大学土渗透性及渗流
§3 土的渗透性及渗流
§3.1 概述
土是具有连续孔隙的介质。当土作为建筑物的地 基和直接用作建筑材料时，水就会在水位差的作 用下，从水位较高的一侧透过土的孔隙流向水位 较低的一侧。
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。
注意：
V：假想渗流速度，土体试样全断面的平均渗流速度
Vs：实际平均渗流速度，孔隙断面的平均渗流速度
n Av A
A > Av
q＝VA ＝ V A 土s力学v东南大学土渗透性及渗流
v
vs
v n
§3 土的渗透性及渗流 §3.2土的渗透性3.2.2层流渗透定律 流速与水力梯度的关系－砂土
土力学东南大学土渗透性及渗流
v vcr o
v
o i0
v ki m (m 1) i
i
§3 土的渗透性及渗流 §3.2土的渗透性 3.2.3渗透试验及渗透系数
常水头试验法
室内试验测定方法
变水头试验法
野外试验测定方法
井孔抽水试验 井孔注水试验
土力学东南大学土渗透性及渗流
§3 土的渗透性及渗流 §3.2土的渗透性 3.2.3渗透试验及渗透系数
损失，影响工程效益；另一方面将引起土 体内部的应力状态的变化，从而改变水工 建筑物或地基的稳定条件，严重时还会酿 成破坏事故。 土的渗透性的强弱，对土体的固结、强度 以及工程施工都有非常重要的影响
土力学东南大学土渗透性及渗流
§3 土的渗透性及渗流 概述
渗透性研究主要有以下三方面:
渗流量问题 渗透破坏问题 渗流控制问题
1.室内渗透试验测定渗透系数
• 室内试验方法2—变水头试验法
▪理论依据:
t时刻： Δh Δt dh
流入量：dQr= - adh 流出量：dQc=kiAdt=k (Δh/L)Adt
连续性条件： dQr=dQc
-adh =k (Δh/L)Adt
t2 t1
d
tkaALΔ Δ12hhΔ dhh
dt aLdh kAh
土力学东南大学土渗透性及渗流
防渗墙
防渗墙射水法施工
土力学东南大学土渗透性及渗流
防渗墙
§3 土的渗透性及渗流 §3.2 土的渗透性 3.2.1 渗流基本概念
一、渗流中的水头 (伯努力定理1738)
板桩墙
基坑
透水层 不透水层
土力学东南大学土渗透性及渗流
A
B L
§3 土的渗透性及渗流 §3.2 土的渗透性 3.2.1 渗流基本概念
砂土的水力梯度 与渗透速度呈线 性关系，符合达 西渗透定律。
土力学东南大学土渗透性及渗流
§3 土的渗透性及渗流 §3.2土的渗透性3.2.2层流渗透定律
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
两种特例
粗粒土： ①砾石类土中的渗流不符合达西定律 ②砂土中渗透速度 vcr=0.3-0.5cm/s 粘性土： 致密的粘土 i>i0, v=k(i - i0 )
w
Δh
pB
w h2 zB
0
§3 土的渗透性及渗流 §3.2 土的渗透性
Darcy渗透定律 (1855)
由于土中孔隙一般非常微 小，水在土体中流动时的 粘滞阻力很大，流速缓慢 层流
即:相邻两个水分子运动 的轨迹互相平行而不混流
3.2.2 层流渗透定律
Δh↑，q↑ A↑，q↑ L↑， q↓
q A h L
kA
aL l (2tt1)
nΔ1h Δ2h
k2
.3 aL l A(2t-t1)
gΔ1h Δ2h
▪结果整理:
(3-12b)
土力学东南大学土渗透性及渗流
选择几组Δh1, Δh2, t ，计算相应的k，取平均值
t t+ Δt
§3 土的渗透性及渗流 §3.2土的渗透性 3.2.3渗透试验及渗透系数
1.室内渗透试验测定渗透系数
常水头法仅适用于：透水性较大的砂性土
透水性较小的粘性土
• 室内试验方法2—变水头试验法 ▪试验装置：如图 ▪试验条件: Δh变化，A，L=const ▪量测变量: Δh ，t
土力学东南大学土渗透性及渗流
§3 土的渗透性及渗流 §3.2土的渗透性
3.2.3渗透试验及渗透系数
§3 土的渗透性及渗流 概述 渠道渗流
渗流量
渗流时地下水位 原地下水位
土力学东南大学土渗透性及渗流
§2 土的渗透性及渗流 概述 渗流滑坡
渗流滑坡
土力学东南大学土渗透性及渗流
§3 土的渗透性及渗流 概述
渗透的定义及土的渗透性
水透过土体孔隙的现象成为渗透 土具有被水透过的性能称为土的渗透性 水在土体中的渗透，一方面会造成水量的
总水头－单位质量水体所具有的能量
p v2 hz
w 2g
z：位置水头 p/γw：压力水头 V2/(2g)：流速水头≈0
总水头： h z p w
A点总水头：
pA w
h1 zA
0
A
B L
基准面
B点总水头：
水力坡降： i h
L
h1
zA
pA
w
h z p 2
土B力学东南大B学土渗透性及渗流h1h2h
断面平均流速 水力坡降
土力学东南大学土渗透性及渗流
v q A
i h L
vi
§3 土的渗透性及渗流 §3.2土的渗透性3.2.2层流渗透定律
达西定律 渗透定律
vi
vki
A
Av
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
防Biblioteka Baidu斜墙及铺盖
土石坝
浸润线
渗流量
透水层 渗透变形
不透水层 土力学东南大学土渗透性及渗流
§3 土的渗透性及渗流 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 扬压力
土力学东南大学土渗透性及渗流
§3 土的渗透性及渗流 概述 水井渗流
Q
天然水面
透水层 渗流量
不透水层
土力学东南大学土渗透性及渗流
• 室内试验方法1—常水头试验法
▪试验装置：如图 ▪试验条件: Δh，A，L=const
▪量测变量: Q，t
▪结果整理
q=Q/t q=kAi i=Δh/L
k QL AΔht
适用土类：透水性较大的土力砂学性东土南大学土渗透性及渗流
§3 土的渗透性及渗流 §3.2土的渗透性 3.2.3渗透试验及渗透系数
第三章 土的渗透性及渗流
土力学东南大学土渗透性及渗流
H
§3 土的渗透性及渗流
§3.1概述
上游
浸润线 下游
流线 等势线
土坝蓄水后水透 过坝身流向下游
隧道开挖时，地下 水向隧道内流动
在水位差作用下，水透过土体孔隙的现象称为渗透 土力学东南大学土渗透性及渗流
§3 土的渗透性及渗流
§3.1 概述
土是具有连续孔隙的介质。当土作为建筑物的地 基和直接用作建筑材料时，水就会在水位差的作 用下，从水位较高的一侧透过土的孔隙流向水位 较低的一侧。
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。
注意：
V：假想渗流速度，土体试样全断面的平均渗流速度
Vs：实际平均渗流速度，孔隙断面的平均渗流速度
n Av A
A > Av
q＝VA ＝ V A 土s力学v东南大学土渗透性及渗流
v
vs
v n
§3 土的渗透性及渗流 §3.2土的渗透性3.2.2层流渗透定律 流速与水力梯度的关系－砂土
土力学东南大学土渗透性及渗流
v vcr o
v
o i0
v ki m (m 1) i
i
§3 土的渗透性及渗流 §3.2土的渗透性 3.2.3渗透试验及渗透系数
常水头试验法
室内试验测定方法
变水头试验法
野外试验测定方法
井孔抽水试验 井孔注水试验
土力学东南大学土渗透性及渗流
§3 土的渗透性及渗流 §3.2土的渗透性 3.2.3渗透试验及渗透系数
损失，影响工程效益；另一方面将引起土 体内部的应力状态的变化，从而改变水工 建筑物或地基的稳定条件，严重时还会酿 成破坏事故。 土的渗透性的强弱，对土体的固结、强度 以及工程施工都有非常重要的影响
土力学东南大学土渗透性及渗流
§3 土的渗透性及渗流 概述
渗透性研究主要有以下三方面:
渗流量问题 渗透破坏问题 渗流控制问题
1.室内渗透试验测定渗透系数
• 室内试验方法2—变水头试验法
▪理论依据:
t时刻： Δh Δt dh
流入量：dQr= - adh 流出量：dQc=kiAdt=k (Δh/L)Adt
连续性条件： dQr=dQc
-adh =k (Δh/L)Adt
t2 t1
d
tkaALΔ Δ12hhΔ dhh
dt aLdh kAh
土力学东南大学土渗透性及渗流
防渗墙
防渗墙射水法施工
土力学东南大学土渗透性及渗流
防渗墙
§3 土的渗透性及渗流 §3.2 土的渗透性 3.2.1 渗流基本概念
一、渗流中的水头 (伯努力定理1738)
板桩墙
基坑
透水层 不透水层
土力学东南大学土渗透性及渗流
A
B L
§3 土的渗透性及渗流 §3.2 土的渗透性 3.2.1 渗流基本概念
砂土的水力梯度 与渗透速度呈线 性关系，符合达 西渗透定律。
土力学东南大学土渗透性及渗流
§3 土的渗透性及渗流 §3.2土的渗透性3.2.2层流渗透定律
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
两种特例
粗粒土： ①砾石类土中的渗流不符合达西定律 ②砂土中渗透速度 vcr=0.3-0.5cm/s 粘性土： 致密的粘土 i>i0, v=k(i - i0 )
w
Δh
pB
w h2 zB
0
§3 土的渗透性及渗流 §3.2 土的渗透性
Darcy渗透定律 (1855)
由于土中孔隙一般非常微 小，水在土体中流动时的 粘滞阻力很大，流速缓慢 层流
即:相邻两个水分子运动 的轨迹互相平行而不混流
3.2.2 层流渗透定律
Δh↑，q↑ A↑，q↑ L↑， q↓
q A h L
kA
aL l (2tt1)
nΔ1h Δ2h
k2
.3 aL l A(2t-t1)
gΔ1h Δ2h
▪结果整理:
(3-12b)
土力学东南大学土渗透性及渗流
选择几组Δh1, Δh2, t ，计算相应的k，取平均值
t t+ Δt
§3 土的渗透性及渗流 §3.2土的渗透性 3.2.3渗透试验及渗透系数
1.室内渗透试验测定渗透系数
常水头法仅适用于：透水性较大的砂性土
透水性较小的粘性土
• 室内试验方法2—变水头试验法 ▪试验装置：如图 ▪试验条件: Δh变化，A，L=const ▪量测变量: Δh ，t
土力学东南大学土渗透性及渗流
§3 土的渗透性及渗流 §3.2土的渗透性
3.2.3渗透试验及渗透系数
§3 土的渗透性及渗流 概述 渠道渗流
渗流量
渗流时地下水位 原地下水位
土力学东南大学土渗透性及渗流
§2 土的渗透性及渗流 概述 渗流滑坡
渗流滑坡
土力学东南大学土渗透性及渗流
§3 土的渗透性及渗流 概述
渗透的定义及土的渗透性
水透过土体孔隙的现象成为渗透 土具有被水透过的性能称为土的渗透性 水在土体中的渗透，一方面会造成水量的
总水头－单位质量水体所具有的能量
p v2 hz
w 2g
z：位置水头 p/γw：压力水头 V2/(2g)：流速水头≈0
总水头： h z p w
A点总水头：
pA w
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0
A
B L
基准面
B点总水头：
水力坡降： i h
L
h1
zA
pA
w
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土B力学东南大B学土渗透性及渗流h1h2h
断面平均流速 水力坡降
土力学东南大学土渗透性及渗流
v q A
i h L
vi
§3 土的渗透性及渗流 §3.2土的渗透性3.2.2层流渗透定律
达西定律 渗透定律
vi
vki
A
Av
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
防Biblioteka Baidu斜墙及铺盖
土石坝
浸润线
渗流量
透水层 渗透变形
不透水层 土力学东南大学土渗透性及渗流
§3 土的渗透性及渗流 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 扬压力
土力学东南大学土渗透性及渗流
§3 土的渗透性及渗流 概述 水井渗流
Q
天然水面
透水层 渗流量
不透水层
土力学东南大学土渗透性及渗流