《土的渗透性》PPT课件
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土力学课件(3土的渗透性与渗流)详解
管内减少水量＝流经试样水量
－adh=kAh/Ldt 分离变量
积分
k＝2.3
aL
At2
t1 lg
h1 h2
k＝
aL
A t2
t1 ln
h1 h2
3、影响渗透系数的主要因素 (1)土的粒度成分
v 土粒愈粗、大小愈均匀、形状愈圆滑，渗透系数愈大
v 细粒含量愈多，土的渗透性愈小，
(2)土的密实度 土的密实度增大，孔隙比降低，土的渗透性也减小 土愈密实渗透系数愈小
(3)土的饱和度 土的饱和度愈低，渗透系数愈小
(4)土的结构 扰动土样与击实土样，土的渗透性比同一密度 原状土样的小
(5)水的温度(水的动力粘滞系数) 水温愈高，水的动力粘滞系数愈小 土的渗透系数则愈大
k20 kT T 20
(6)土的构造
T、20分别为T℃和20℃时水的动 力粘滞系数，可查表
水平方向的h>垂直方向v
n
qx q1x q2x qnx qix i1
达西定律
qx kxiH
平均渗透系数
q1x k1 qx q2x k2
q3x k3
H1 H2 H H3
n
qix k1iH 1 k 2iH 2 k n iH n
i 1
整个土层与层面平行的渗透系数
k x
1 H
n
kiH i
i1
(2)垂直渗透系数
H
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
渗透
在水位（头）差作用下，水透过土体孔隙的现象
渗透性
土体具有被液体透过的性质
土的渗流 土的变形 土的强度
相互关联 相互影响
土的渗透性及渗流
x
§2 土旳渗透性和渗流问题 §2.3 平面渗流与流网
一. 平面渗流旳基本方程及求解 1. 基本方程
▪ 连续性条件
dqe vxdz vzdx
dqo
(vx
v x x
dx)dz
(vz
v z z
dz)dx
dqe dqo
vx vz 0 x z
z
vz
vz z
dz
vx
v
x
vx x
dx
vz
x
▪ 达西定律
§2 土旳渗透性和渗流问题 §2.3 平面渗流与流网
二.流网旳绘制及应用
▪ 流 网——渗流场中旳两族相互正交曲线——等势线和流线所形成旳 网络状曲线簇。 ▪ 流 线——水质点运动旳轨迹线。 ▪ 等势线——测管水头相同旳点之连线 。 ▪ 流网法——经过绘制流线与势线旳网络状曲线簇来求解渗流问题。
△h
第二章 土旳渗透性和渗流问题
§2 土旳渗透性和渗流问题
2.1 概述
碎散性
多孔介质
三相体系
孔隙流体流动
能量差
水、气等在土体孔隙中流动旳现象
渗流
土具有被水、气等液体透过旳性质
渗透性
渗透特征 强度特征 变形特征
非饱和土旳渗透性 饱和土旳渗透性
§2 土旳渗透性和渗流问题 2.1 概述 土石坝坝基坝身渗流
防渗斜墙及铺盖 不透水层
土石坝
浸润线
透水层
渗流量 渗透变形
§2 土旳渗透性和渗流问题 2.1概述 板桩围护下旳基坑渗流
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
§2 土旳渗透性和渗流问题 2.1 概述 水井渗流
土的物理性质及渗透性(新版) PPT课件
风化、搬运、沉积
岩石
地质成岩作用
土
土 的 形 成
工程地质及土力学 第四章 土的物理性质及渗透性
物理风化
• 岩石和土的粗颗粒受各种气 候等物理因素的影响产生胀
化学风化
缩而发生裂缝,或在运动过 程中因碰撞和摩擦而破碎
• 是颗粒大小发生量的变化
生物活动
• 矿物成分与母岩相同，称原 生矿物
• 产生无粘性土
巨粒 粗粒
砾石
粗 中20 50.75细粒砂粒细 粗 中 细
d
(mm) 60
粉粒
粘粒 0.005
胶粒 0.002
2
0.5 0.25
0.075
粗粒土：以砾石和砂砾为主要组成的土，也称无粘性土。 细粒土：以粉粒、粘粒和胶粒为主要组成的土，也称粘性土。
固体颗粒 - 颗粒大小
工程地质及土力学 第四章 土的物理性质及渗透性
小于某粒径之土质量百分数（％）
曲率系数举例
Cc=13, 级配连 续 缺少小颗粒，Cc 缺少大颗粒，Cc
粒径(mm)
曲线 d60
L M R
工程地质及土力学 第四章 土的物理性质及渗透性
d10
d30
Cu
66
0.33
0.081 0.005 0.063 0.030
0.01 0.005
Cc
3.98 2.41 0.545
筛余
孔径
10
小于某粒径之土质量百分数P（％）
200g 土 0
10
P 100 95 87 78
5.0
2.0 1.0 0.5 0.25
16
18 24 22 38
66
55 36
筛 分 法
土力学课件 2.土的渗透性与渗透问题
2.1 土的渗透定律渗定律2.2 渗透系数及其测定22渗透系数及其测定2.3 渗透力与渗透变形土的渗透问题概述浸润线上游土坝蓄水后水透过下游坝身流向下游流线等势线H隧道开挖时，地下水向隧道内流动水在土孔隙通道中流动的现象叫做水的；土可以被水透过的性质水在土孔隙通道中流动的现象，叫做水的渗流；土可以被水透过的性质，称为土的渗透性或透水性。
212.1土的渗透定律一、土中渗流的总水头差和水力梯度、土中渗流的总水头差和水力梯度vw h h z h ++=伯努利方程v u AA2gz h w A 21++=γv2gu z h Bw BB 22++=γhh h Δ=−21h ΔLi =达定律二、达西定律1856年法国学者Darcy 对砂土的渗透性进行研究qv A=v=ki达西定律'v A ==vq vA'A v v v ==v A n三达西定律适用范围与起始水力坡降三、达西定律适用范围与起始水力坡降讨论：砂土的渗透速度与水力梯度呈线性关系v=ki v密实的粘土，需要克服结合水的粘滞阻力后才能发0生渗透;同时渗透系数与水力坡降的规律还偏离达西定律而呈非线性关系i砂土v虚直线简化达西定律适用于层−=i b流，不适用于紊流i密实粘土)(b i i k v 起始水力坡降2.2 渗透系数及其测定一、渗透试验（室内）1.常水头试验————整个试验过程中水头保持不变适用于透水性大）的土适用于透水性大（k >10-3cm/s ）的土，例如砂土。
Athk kiAt qt 时间t内流出的水量LQ ===QL hAtk=2.变水头试验————整个试验过程水头随时间变化适用于透水性差，渗透系数小的截面面积a任一时刻t 的水头差为h ，经时段后细玻璃管中水位降落粘性土dt 后，细玻璃管中水位降落dh ，在时段dt 内流经试样的水量=－dQ adh在时段dt 内流经试样的水量dQ =kiAdt =kAh/Ldt1h aL＝管内减少水量＝流经试样水量()212lnh t t A k −dh 积－adh=kAh/Ldt分离变量dtaL kA h=−分二、渗透试验（原位）在现场打口试验井并安装z 在现场打一口试验井，并安装好抽水机具z 距井中心r 1、r 2处打两个观测水位的观测孔z 在井内不断抽水，并观测另两个观测孔的水位高度h 1、h 2，同时记录单位时间内的排水量2r )()ln(21221h h r q k −=π假定z 水沿水平方向流向抽水孔rh A π2=z 过水断面积上各点i 相等drdh i =dhdrdrrhkrhv Av q ππ22===khdh r q π2=22dr h r =)(ln 22122211h h k r q hdh k r q h r −=∫∫ππ1r 2ln r q ⎟⎟⎞⎜⎜⎛()21221h h r k −⎠⎝=π三影响渗透系数的因数三、影响渗透系数的因数z 土颗粒的粒径、级配和矿物成分z 土的孔隙比或孔隙率z 土的结构和构造z 土的饱和度z 水的动力粘滞度动力粘滞系数随水温发生明显的变化。
土力学课件 第三章 土的渗透性
一、渗透力的计算（１）
一般情况下，渗透力的大小与计算点的位置有关。
根据对渗流流网中网格单元的孔隙水压力和土粒间作 用力的分析，可以得出渗流时单位体积内土粒受到的 渗透力为
h j J /V w w i l
这里 i 为水力梯度。
当饱和土休的存在有水头差时，水体就会通过土 体间的孔隙流动，渗流时：渗透水要受到土骨架的阻 力T 。
为了使渗流模型在渗流特性上与真实的渗流相一致， 三. 渗透模型（３） 它还应该符合以下要求：
1. 在同一过水断面，渗流模型的流量等于真实渗 流的流量； 2. 在任意截面上，渗流模型的压力与真实渗流的
压力相等；
3. 在相同体积内，渗流模型所受到的阻力与真实 渗流所受到的阻力相等。
有了渗流模型，就可以采用液体运动的有关概念和
三、渗透系数的确定
渗透系数 k 是综合反映土体渗透能力的一个指标，
其数值的正确确定对渗透计算有着非常重要的意义。
影响渗透系数大小的因素: • 土体颗粒的形状、大小 • 不均匀系数 • 水的粘滞性
要建立计算渗透系数 k 的精确理论公式比较困难， 通常可通过试验方法或经验估算法来确定 k 值。
1.实验室测定法（１）
两边同除F，又
T W
z1 z2 cos , h1 H1 z1 , h2 H 2 z2 L
H1 H 2 W i L
w h1 F
TLF
w h2 F
动水力为：
J T W i
动水力方向：与渗流方向相同
W LF
一渗透力的计算（４） 当饱和土体的存在有水头差时，水体就会通过土体间
水在土中流动的过程中将受到土阻力的作用，使水 头逐渐损失。同时，水的渗透将对土骨架产生拖曳力， 导致土体中的应力与变形发生变化。这种渗透水流作 用对土骨架产生的拖曳力称为渗透力。
河海大学土力学3-第三章.ppt
水 2.0 力 坡 降 1.5 1.0 0.5 0 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 流速 (m/h) 达西定律 适用范围
v d 10 Re
Re＜5时层流 Re ＞200时紊流 200＞ Re ＞5时为过渡区
达西定律的适用范围
§3.2 土的渗流性与渗透规律
两种特例
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，此时：
• 结构
水的性质
在宏观构造上，天然沉积层状 粘性土层，扁平状粘土颗粒常 呈水平排列，常使得k水平﹥k垂直 在微观结构上，当孔隙比相同 时，凝聚结构将比分散结构具 有更大的透水性
渗透系数的影响因素
§3.2性质 • 粒径大小及级配 • 孔隙比 • 矿物成分
§3.2 土的渗流性与渗透规律
已知条件 : h h
vi v
i
H
H
i
h z v kz k1 k2 k3 H1
x
达西定律: vi = ki (Δhi / Hi )
v = kz (Δh / H )
等效条件:
hi vH kz v iH ki
i
H2
H3
H
h
vH kz
渗流中的水头与水力坡降
§3.2 土的渗流性与渗透规律
总水头：单位重量水体所具有的能量
h z
u w
v
2
2g
位置水头Z：水体的位置势能（任选基准面）
压力水头u/w：水体的压力势能（u孔隙水压力） 流速水头V2/(2g)：水体的动能（对渗流多处于层流≈0）
渗流的总水头： h
水的性质
岭石>伊里石>蒙脱石 ；当粘土 中含有可交换的钠离子越多时， 其渗透性将越低 塑性指数Ip综合反映土的颗粒大 小和矿物成份，常是渗透系数的 参数
v d 10 Re
Re＜5时层流 Re ＞200时紊流 200＞ Re ＞5时为过渡区
达西定律的适用范围
§3.2 土的渗流性与渗透规律
两种特例
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，此时：
• 结构
水的性质
在宏观构造上，天然沉积层状 粘性土层，扁平状粘土颗粒常 呈水平排列，常使得k水平﹥k垂直 在微观结构上，当孔隙比相同 时，凝聚结构将比分散结构具 有更大的透水性
渗透系数的影响因素
§3.2性质 • 粒径大小及级配 • 孔隙比 • 矿物成分
§3.2 土的渗流性与渗透规律
已知条件 : h h
vi v
i
H
H
i
h z v kz k1 k2 k3 H1
x
达西定律: vi = ki (Δhi / Hi )
v = kz (Δh / H )
等效条件:
hi vH kz v iH ki
i
H2
H3
H
h
vH kz
渗流中的水头与水力坡降
§3.2 土的渗流性与渗透规律
总水头：单位重量水体所具有的能量
h z
u w
v
2
2g
位置水头Z：水体的位置势能（任选基准面）
压力水头u/w：水体的压力势能（u孔隙水压力） 流速水头V2/(2g)：水体的动能（对渗流多处于层流≈0）
渗流的总水头： h
水的性质
岭石>伊里石>蒙脱石 ；当粘土 中含有可交换的钠离子越多时， 其渗透性将越低 塑性指数Ip综合反映土的颗粒大 小和矿物成份，常是渗透系数的 参数
土的渗透性及渗流PPT课件
t1
k A Δh1 Δ h
dt aL dh kA h
k
aL A ( t2
l nΔ h1 t1) Δ h2
k
2.3
aL A(t2 -
t1
lgΔh1 ) Δh2
结果整理:
(3-12b)
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 §3.2土的渗透性 流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
q kxiH
k x
1 H
kiHi
垂直渗流情形
q1 q2 ... q;
Δh hi;H Hi
H1, H2 ...;k1,k 2 ...
h v kzi kz H
kz
H
Hi ki
§3 土的渗透性及渗 §3.2土的渗透性 3.2.3渗透试验及渗透系
流５. 成层土的等效渗透系数
§3.1 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
防渗墙
防渗墙射水法施工
防渗墙
§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
A B
L
§3.2 土的渗透性 3.2.1 渗流基本概念
总水头－单位质量水体所具有的能量
H3
不透水层
§3 土的渗透性及渗 §3.2土的渗透性 3.2.3渗透试验及渗透系
流５. 成层土的等效渗透系数
数
竖直渗流:
条件: qi q
第三章土的渗透性及渗流ppt课件
2024年8月1日星期四2时44分59秒
34
3.渗透破坏与控制
J = rwi
（1）流砂 当向上的渗流力与土的浮重
度相等时，粒间有效应力σ'为零， 颗粒群同时发生悬浮、移动的现象 称为流砂现象（流土现象）。
J= r' rwicr= r'
r' icr= rw
i ≥ icr 流砂
2024年8月1日星期四2时44分59秒
水在土中渗透有规律可以遵循吗？
如何定性和定量化评价水在土中的渗透性的大小？如何来描述？
2024年8月1日星期四2时44分58秒
12
一、渗流模型
实际土体中的渗流仅是流 经土粒间的孔隙，由于土体 孔隙的形状、大小及分布极 为复杂，导致渗流水质点的 运动轨迹很不规则。
简化
（1）不考虑渗流路径的迂
回曲折，只分析它的主—“截弯取直” 要流向 ；
9;
由这些特征可进一步知道，流网中等势
线越密的部位，水力梯度越大，流线越
密的部位流速越大。
板桩墙围堰的流网图
2024年8月1日星期四2时44分59秒
28
流网的绘制
(1) 按一定比例绘出结构物和土层的剖面图；
(2) 判定边界条件：透水面（aa' ，bb' ）等势线 ； abc 和不透水面 为流线；
27
3.流网的特征与绘制
流网的特征
对于各向同性渗流介质，流网具有下列特征：
(1) 流线与等势线互相正交；
(2) 流线与等势线构成的各个网格的长宽比为常数，当长宽比为
1 时，网格为曲线正方形，这也是最常见的一种流网；
(3) 相邻等势线之间的水头损失相等；Δh= ΔH
(4) 各个流槽的渗流量相等。 q=Nf Δq
土力学课件第三章土的渗透性
第三章 土的渗透性
【例题3－3】如图所示，若地基上的土粒 比重Gs为2.68，孔隙率n为38.0％， 试求：
（1）a点的孔隙水应力和有效应力； （2）渗流逸出处1－2是否会发生流土？ （3）图中网格9，10，11，12上的渗流
力是多少？
【解】 （1）由图中可知，上下游的水位差h=8m，等势线的间隔数N＝10，则相
于是，根据有效应力原理，a-a平面上的有效应力为
与静水情况相比，当有向下渗流作用时，a-a平面上的总应力保持不 变，孔隙水应力减少了γwh。因而，证明了总应力不变的条件下孔 隙水应力的减少等于有效应力的等量增加。
第三章 土的渗透性
向上渗流的情况： a-a平面上的总应力
a-a平面上的孔隙水应力
a-a平面上的有效应力为 u h2 wh
第三章 土的渗透性
三、在稳定渗流作用下水平面上的孔隙水应力和有效应力
图3－23(a)表示在水位差作用下发生由上向下的渗流情况。此时在 土层表面b-b上的孔隙水应力与静水情况相同，仍等于γwh1，面a-a 平面上的孔隙水应力将因水头损失而减小，其值为
第三章 土的渗透性
a-a平面上的总应力仍保持不变，等于
Ww wVw wVs wV wab
（2） U1 w (h1 h2 )b
（3）
U w wh0a
（4）土粒对水流的总阻力Fs
渗流力的大小与水力梯度成正比，其作用方向与渗流（或流 向）方向一致，是一种体积力。
第三章 土的渗透性
沿水流方向力的平衡
U1 Ww sin Fs 0
形的能力就强。
如果透水性弱，抵抗渗透变
防止渗透变形发生的措施： （1）减小水力梯度；
压重、反滤层、减压井
（2）加盖
土力学2.土的渗透性与渗透问题.ppt
2.渗透力的计算
考虑水体隔离体的平衡条件，可得：
whw ww J' wh1
whw Lw j'Lwh1
j
w(h1
hw L
L)
wh L
wi
故渗透力
j = j’= w i
从上式可知，渗透力是一种体积力，量纲与w相同。渗透力的大
小和水力坡降成正比，其方向与渗流方向一致。
(二)临界水力坡降
若左端的贮水器不断上提，则h逐渐增大，从而作用在土体中的 渗透力也逐渐增大。当h增大到某一数值，向上的渗透力克服了向下 的重力时，土体就要发生浮起或受到破坏，俗称流土。 土体处于流土 的临界状态时的水力坡降ic值。土骨架隔离体的平衡状态。当发生流土
层状土的渗流
(一)水平向渗流
水平渗流的特点：
(1)各层土中的水力坡降i＝(h/L)与等效土层的平均水力坡降i相同。
(2)垂直x-z面取单位宽度，通过等效土层nH的总渗流量等于各层土
渗流量之和，即
qxq1xq2xq3x qix i1
将(二达)竖西直定向律渗代流入上式可得沿水kx平方H1 向in1的ki等Hi效渗透系数kx：
设饱和土体内某一研究平面的 总面积为A，其中粒间接触面积之 和为As ,则该平面内由孔隙水所占 面积为 Aw ＝A－As.若由外荷(和/或 自重)在该研究平面上所引起的法 向总应力为,如图所示，那么，它 必将由该面上的孔隙水和粒间接触 面共同来分担，即该面上的总法向 力等于孔隙水所承担的力和粒间所 承担的力之和，于是可以写成：
(一)渗透系数的测定方法
渗透系数的测定方法主要分实验室内测定和野外现场测定两大类。
1．实验室测定法 目前在实验室中测定渗透系数k的试验方法很多，但从试验原理上大
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板桩墙
基坑
透水层 不透水层
精选ppt
渗流量 渗透变形
4
3-1 概 述
渠道渗流
渗流量
渗流时地下水位
精选ppt
5
3-1 概 述
渗流滑坡
精选ppt
6
流土
精选ppt
7
管涌
精选ppt
8
3-1 概 述
渗透所引起的工程问题： 1. 水的问题； 2. 土的问题。
精选ppt
9
土的问题是指由于水的渗透引起土体内部应力状 态的变化或土体、地基本身的结构、强度等状态 的变化，从而影响建筑物或地基的稳定性或产生 有害变形的问题。
（1）在层流状态的渗流中，渗流速度v与水力坡降成正
比，并与土的性质有关。或：砂土的渗透速度与水力坡
降呈线性关系。
（2）对于密实的粘土，由于吸着水有较大的粘滞阻力，
因此只有当水力坡降达到某一数值，克服了吸着水的粘
滞阻力以后，才能发生渗透。
我们将这一开始渗透时的水力坡降称为粘性土的起始水
力坡降ib. 即：
第三章 土的渗透性
精选ppt
1
3-1 概 述
三相系
多孔介质
孔隙流体
孔隙流体流动
能量差
渗透：在水位差的作用下，水透过土体孔隙的现象。 土的渗透性：土具有被水透过的性能。
精选ppt
2
3-1 概 述
土石坝坝基坝身渗流
不透水层
浸润线 渗流量 透水层 渗透变形
精选ppt
3
3-1 概 述
板桩围护下的基坑渗流
精选ppt
10
3-2 达西渗透定律
一、达西渗透定律
土体中的孔隙一般非常 微小，水在土体中流动 时的粘滞阻力很大、流 速缓慢 其流动状态大多属于层 流。
v k h ki L
qvAkiA
v（mm/s）表示断面平均渗透
速度，k（mm/s）其物理意义
是当水力坡降i=1时的渗透速度。 精选ppt
11
两点说明：
Re wvd1
满足达西渗透定律的土的平均粒径:
d R e /w v 0 .5 2 m m
即，对于比粗砂更细的土，达西渗透定律一般是适用的。 而对粗粒土来讲，只有在水精力选坡ppt 降很小的情况下才能适用 15
3-3 渗透系数的测定
k的大小是直接衡量土的透水性强弱的重要的力学性质指标 常用数量级
现场试验和室内试验两大类， 一般说，现场试验比室内试验所得到的成果要准确可靠
低土的渗透性。
种类 级配
精选ppt
22
3-3 渗透系数的测定
2.孔隙比对渗透系数的影响 孔隙比e越大，Vv越大，渗透系数越大，而孔隙体积又 决定于孔隙的直径大小，决定于土粒的颗粒大小和级配
3.土的结构构造的影响 天然土层通常不是各向同性的，在渗透性方面往往也是 如此。如黄土特别是具湿陷性黄土，具有竖直方向的渗 透系数要比水平方向大得多。层状粘土常夹有薄的粉砂 层，它在水平方向的渗透系数要比竖直方向大得多。
A
通过整个土体截面进行的，而实际上，
渗透水仅仅通过土体中的孔隙流动，实
际平均流速要比假想的平均流速大很多
v' q vAvv1e
Hale Waihona Puke Av Av neAv
vvnv e
精选ppt
1e
14
3-2 达西渗透定律
一、达西渗透定律
当渗流为层流的时候才能适用达西渗透定律
K. Terzaghi
达西渗透定律的适用界限可以考虑为：
精选ppt
21
3-3 渗透系数的测定
影响渗透系数的因素
1.土的粒度成分和矿物成分的影响：土的颗粒大小，形 状及级配，影响土中空隙大小及形状，因而影响渗透性
土粒越粗，越浑园，越均匀时，渗透性就大。砂土中含
有较多粉土，或粘土颗粒时，其渗透系数就大大降低。
土中含有亲水性较大的粘土矿物或有机质时，也大大降
在粗颗粒土中（如砾石，卵石），水力坡降较小时，渗
透速度与水力坡降才能呈线性关系，而在较大的水力坡
降下，水在土中的流动即进入紊流状态，渗透速度与水
力坡降呈非线性关系，此精时选达ppt 西定律不能适用。
13
3-2 达西渗透定律
一、达西渗透定律
Darcy’s Law求出的渗透速度是一种假想
的平均流速，它假定水在土中的渗透是
vk(iib)
（3-3）
试验资料表明，密实的粘土不但存在起始水力坡降，而
且当水力坡降超过起始坡降后，渗透速度与水力坡降的
规律还偏离达西定律而呈非精线选p性pt 关系。
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3-2 达西渗透定律
一、达西渗透定律
v
v
v ki
k
i
i
b
v
vcr
vc i
v
o 砂土
o
o v ki
i
ib 密实粘土 i
i 砾土
3-3 渗透系数的测定
基马式渗透仪
精选ppt
18
70型渗透仪
精选ppt
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3-3 渗透系数的测定
一、试验室内测定渗透系数
（二）变水头法
t1 h1 t2 h2
k aL lnh1 A(t2 t1) h2
k2.3 aL lgh1 A(t2t1) h2
精选ppt
20
3-3 渗透系数的测定 南55渗透仪
精选ppt
24
3-3 渗透系数的测定
二、现场测定渗透系数—抽水法
观察井
A2rh
i dh dr
qAki2rhkdh
dr
抽水量q 井
r2 r r1
dr dh
q dr 2khdh
r
透水层
q r2 dr 2k h2hdh 地下水位≈测压管水面
r r1
h1
h1 h
h2
k q ln r2 r1
h22 h12
不透水层
优点：可获得现场较为可 靠的平均渗透系数
精选ppt
缺点：费用高，耗时较长25
3-3 渗透系数的测定
三、成层土的渗透系数
天然沉积土往往由渗透性不同的土层所组成。
对于与土层层面平行和垂直的简单渗流情况，当各土层的 渗透系数和厚度为已知时，我们可求出整个土层与层面平 行和垂直的平均渗透系数，作为进行渗流计算的依据。
1.实验室测定法：常水头试验法，透水性大的砂性土 变水头试验法，透水性小的无粘性土
2.现场测定法： 实测流速法：色素法、电解质法、食盐法 注水法 抽水法：降低水位法：平衡法，不平衡法
水位恢复法
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3-3 渗透系数的测定
一、试验室内测定渗透系数
（一）常水头法
t V
VL
k
精选ppt
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Aht
4.结合水膜厚度的影响 粘性土中若土粒的结合水膜较厚时，会阻塞土的孔隙， 降低土的渗透性。
精选ppt
23
3-3 渗透系数的测定
5.土中气体的影响 当土孔隙中存在密闭气泡时，会阻塞水的渗流，从而降 低了的渗透性。这种密闭气泡有时是由溶解于水中的气 体分离而形成的，故水的含水量也影响土的渗透系数。
其它因素： 水温: 试验表明，k与渗透液体的容重及粘滞系数有关； 水温不同，容重相差不大，但粘滞系数变化较大，水温 升高，粘滞系数降低，k增大. 此外，渗透水的性质….
基坑
透水层 不透水层
精选ppt
渗流量 渗透变形
4
3-1 概 述
渠道渗流
渗流量
渗流时地下水位
精选ppt
5
3-1 概 述
渗流滑坡
精选ppt
6
流土
精选ppt
7
管涌
精选ppt
8
3-1 概 述
渗透所引起的工程问题： 1. 水的问题； 2. 土的问题。
精选ppt
9
土的问题是指由于水的渗透引起土体内部应力状 态的变化或土体、地基本身的结构、强度等状态 的变化，从而影响建筑物或地基的稳定性或产生 有害变形的问题。
（1）在层流状态的渗流中，渗流速度v与水力坡降成正
比，并与土的性质有关。或：砂土的渗透速度与水力坡
降呈线性关系。
（2）对于密实的粘土，由于吸着水有较大的粘滞阻力，
因此只有当水力坡降达到某一数值，克服了吸着水的粘
滞阻力以后，才能发生渗透。
我们将这一开始渗透时的水力坡降称为粘性土的起始水
力坡降ib. 即：
第三章 土的渗透性
精选ppt
1
3-1 概 述
三相系
多孔介质
孔隙流体
孔隙流体流动
能量差
渗透：在水位差的作用下，水透过土体孔隙的现象。 土的渗透性：土具有被水透过的性能。
精选ppt
2
3-1 概 述
土石坝坝基坝身渗流
不透水层
浸润线 渗流量 透水层 渗透变形
精选ppt
3
3-1 概 述
板桩围护下的基坑渗流
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10
3-2 达西渗透定律
一、达西渗透定律
土体中的孔隙一般非常 微小，水在土体中流动 时的粘滞阻力很大、流 速缓慢 其流动状态大多属于层 流。
v k h ki L
qvAkiA
v（mm/s）表示断面平均渗透
速度，k（mm/s）其物理意义
是当水力坡降i=1时的渗透速度。 精选ppt
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两点说明：
Re wvd1
满足达西渗透定律的土的平均粒径:
d R e /w v 0 .5 2 m m
即，对于比粗砂更细的土，达西渗透定律一般是适用的。 而对粗粒土来讲，只有在水精力选坡ppt 降很小的情况下才能适用 15
3-3 渗透系数的测定
k的大小是直接衡量土的透水性强弱的重要的力学性质指标 常用数量级
现场试验和室内试验两大类， 一般说，现场试验比室内试验所得到的成果要准确可靠
低土的渗透性。
种类 级配
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3-3 渗透系数的测定
2.孔隙比对渗透系数的影响 孔隙比e越大，Vv越大，渗透系数越大，而孔隙体积又 决定于孔隙的直径大小，决定于土粒的颗粒大小和级配
3.土的结构构造的影响 天然土层通常不是各向同性的，在渗透性方面往往也是 如此。如黄土特别是具湿陷性黄土，具有竖直方向的渗 透系数要比水平方向大得多。层状粘土常夹有薄的粉砂 层，它在水平方向的渗透系数要比竖直方向大得多。
A
通过整个土体截面进行的，而实际上，
渗透水仅仅通过土体中的孔隙流动，实
际平均流速要比假想的平均流速大很多
v' q vAvv1e
Hale Waihona Puke Av Av neAv
vvnv e
精选ppt
1e
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3-2 达西渗透定律
一、达西渗透定律
当渗流为层流的时候才能适用达西渗透定律
K. Terzaghi
达西渗透定律的适用界限可以考虑为：
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3-3 渗透系数的测定
影响渗透系数的因素
1.土的粒度成分和矿物成分的影响：土的颗粒大小，形 状及级配，影响土中空隙大小及形状，因而影响渗透性
土粒越粗，越浑园，越均匀时，渗透性就大。砂土中含
有较多粉土，或粘土颗粒时，其渗透系数就大大降低。
土中含有亲水性较大的粘土矿物或有机质时，也大大降
在粗颗粒土中（如砾石，卵石），水力坡降较小时，渗
透速度与水力坡降才能呈线性关系，而在较大的水力坡
降下，水在土中的流动即进入紊流状态，渗透速度与水
力坡降呈非线性关系，此精时选达ppt 西定律不能适用。
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3-2 达西渗透定律
一、达西渗透定律
Darcy’s Law求出的渗透速度是一种假想
的平均流速，它假定水在土中的渗透是
vk(iib)
（3-3）
试验资料表明，密实的粘土不但存在起始水力坡降，而
且当水力坡降超过起始坡降后，渗透速度与水力坡降的
规律还偏离达西定律而呈非精线选p性pt 关系。
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3-2 达西渗透定律
一、达西渗透定律
v
v
v ki
k
i
i
b
v
vcr
vc i
v
o 砂土
o
o v ki
i
ib 密实粘土 i
i 砾土
3-3 渗透系数的测定
基马式渗透仪
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70型渗透仪
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3-3 渗透系数的测定
一、试验室内测定渗透系数
（二）变水头法
t1 h1 t2 h2
k aL lnh1 A(t2 t1) h2
k2.3 aL lgh1 A(t2t1) h2
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3-3 渗透系数的测定 南55渗透仪
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3-3 渗透系数的测定
二、现场测定渗透系数—抽水法
观察井
A2rh
i dh dr
qAki2rhkdh
dr
抽水量q 井
r2 r r1
dr dh
q dr 2khdh
r
透水层
q r2 dr 2k h2hdh 地下水位≈测压管水面
r r1
h1
h1 h
h2
k q ln r2 r1
h22 h12
不透水层
优点：可获得现场较为可 靠的平均渗透系数
精选ppt
缺点：费用高，耗时较长25
3-3 渗透系数的测定
三、成层土的渗透系数
天然沉积土往往由渗透性不同的土层所组成。
对于与土层层面平行和垂直的简单渗流情况，当各土层的 渗透系数和厚度为已知时，我们可求出整个土层与层面平 行和垂直的平均渗透系数，作为进行渗流计算的依据。
1.实验室测定法：常水头试验法，透水性大的砂性土 变水头试验法，透水性小的无粘性土
2.现场测定法： 实测流速法：色素法、电解质法、食盐法 注水法 抽水法：降低水位法：平衡法，不平衡法
水位恢复法
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3-3 渗透系数的测定
一、试验室内测定渗透系数
（一）常水头法
t V
VL
k
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Aht
4.结合水膜厚度的影响 粘性土中若土粒的结合水膜较厚时，会阻塞土的孔隙， 降低土的渗透性。
精选ppt
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3-3 渗透系数的测定
5.土中气体的影响 当土孔隙中存在密闭气泡时，会阻塞水的渗流，从而降 低了的渗透性。这种密闭气泡有时是由溶解于水中的气 体分离而形成的，故水的含水量也影响土的渗透系数。
其它因素： 水温: 试验表明，k与渗透液体的容重及粘滞系数有关； 水温不同，容重相差不大，但粘滞系数变化较大，水温 升高，粘滞系数降低，k增大. 此外，渗透水的性质….