经典：3-土的渗透性

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(1)两端A,B表面的孔隙水压力，其差值为：
d p n d A w ( d h d z )n d A
(2)孔隙水流的自重沿流向方向的合力为：
n w d A d ls in n w d A d ld d z l n w d A d z
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3-3 渗透力及渗透破坏类型
(3) 孔隙水体受到的总阻力为：
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3-2 土的渗流理论
土的渗透系数可以通过室内渗透试验或现场抽水试验来测定。 各种土的渗透系数参考值（cm/s）
土名 致密粘土 粉质粘土 粉土、裂隙粘土 粉砂、细砂
中砂 粗砂、砾石
渗透系数k (cm/s) <10-7
10-6－10-7 10-4－10-6 10-3－10-4 10-1－10-2 102－10-1
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3-3 渗透力及渗透破坏类型
• 按照流线方向的合力为零力，则有
f0
w
dh dl
• 而渗透力J为的反作用力，即
J
w
dh dl
wi
渗透力是一种体积力，量纲与相同。渗透力的大 小和水力梯度成正比，方向与渗流方向一致。
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• 简易解法 Force of permeability
w h 1 F w Lc F o s w h 2 F T L 0F
f0 dAdl (4)在土粒两端A，B截面上所受到的孔隙水压力， 以同样大小传给土体内的水体
d p ( 1 n ) d A w ( d h d z ) ( 1 n ) d A
(5) 土粒所受的浮力，以同样大小反作用于水体， 在流线方向上的分力为：
( 1 n ) w d A d l s i n ( 1 n ) w d A d ld d z l ( 1 n ) w d A d z
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3-3 渗透力及渗透破坏类型
渗流所引起的稳定问题： （1） 土体的局部稳定问题，又称为渗透变形问题； （2） 整体稳定问题。
一、渗透力的概念
在饱和土体中水的渗流分析中，把土颗粒骨架视为不可变 形的刚体，发生渗流时，受到土粒的阻力，引起水头损失 ，同时水也对土颗粒施加渗流作用力，单位体积土骨架所 受到的渗流作用力称为渗透力(seepage force or seepage pressure)或动水压力，用J表示。
它不是地下水的实际流速，而是 在一单位时间（sec） 内流过一单位 土截面（cm2）的水量（cm3）； i--水头梯度，即土中两点的水头差（ h1-h2）(对右图，为H1-H2)与两点 间的流线长度（L）之比；
对粘性土：vk(iib) （3-3）
k--土的渗透系数，cm/s，与土的
渗透性质有关的待定系数。
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3
3-2 土的渗流理论
一、达西渗透定律
由于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，因此，其流动状态大多属于 层流。
著度：
vk
h ki L
（3-1）
或 渗流量为：qvAkiA（3-2）
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3-2 土的渗流理论
式中：υ--水在土中的渗透速度， cm/s。
土的渗透系数：
（ k aL lnh1
A(t2 t1) h2 k2.3 aL lgh1
A(t2t1) h2
(3-8） （3-9）
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3-2 土的渗流理论
四、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。
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3-2 土的渗流理论
必须指出，由式（3-1）求出的渗透速度v 是一种假想的平均流
速，因为它假定水在土中的渗透是通过整个土体截面来进行的，
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v’
要比假想的平均流速大很多。
它们之间的关系为： v vnv e 1e
（3-4）
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3-2 土的渗流理论
二、达西渗透定律的适用条件 只有当渗流为层流的时候才能适用达西渗透定律。 达西渗透定律的适用界限可以考虑为：
（3-5） Revd0
满足达西渗透定律的土的平均粒径:
（ 3-6） dR e v /0 .5m 2 m
也就是说，对于比粗砂更细的土来说，达西渗透定律一般 是适用的，而对粗粒土来讲，只有在水力坡降很小的情况 下才能适用。
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3-2 土的渗流理论
渗透系数是直接衡量土的透水性
强弱的一个重要的力学性质指标。
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3-2 土的渗流理论
如图3－6 (a) 所示与层面平行的渗流情况。通过整 个土层的总渗流量qx应为各土层渗流量之总和，即
n
qxq1xq2x qnx qix i1
整个土层与层面平行的平均渗流
系数为：
kx
1 H
n
ki Hi
i1
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3-2 土的渗流理论
如图3－6 (b) 所示与层面垂直的渗流情况。通过整个土层的 总渗流量qy应为各土层渗流量之总和，即
三、实验室内测定渗透系数
可分为：常水头试验和变水头试验
（一）常水头法
是在整个试验过程中，水头保持
不变。常水头法适用于透水性强
的无粘性土。土的渗透系数：
k VL
（3-7）
Aht
下页所示为基马式渗透仪
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3-2 土的渗流理论
（二）变水头法
在整个试验过程中，
水头是随着时间而变化的。
适用于透水性弱的粘性土。
q y q 1 y q 2 y q ny
整个土层与层面垂直的平均渗流系数为：
ky
H1H2
H Hn
n
H (Hi )
k1 k2
kn i1 ki
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3-2 土的渗流理论
1.The test apparatus is shown as Fig. Below. Assuming the water tables in both containers (A and B) unchangeable, Determine the height h in pipe C for pressure.
第三章 土的渗透性
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3-1 概 述
渗透：由于土体本身具有连续的孔隙，如果存在水位差 的作用，水就会透过土体孔隙而发生孔隙内的流动。 土具有被水透过的性能称为土的渗透性。 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。