02.第二章 土的渗透性

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
n Av A
A > Av
v
vs
v n
Av
Q＝vA ＝ vsAv
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§2 土的渗透性和渗流问题 §2.1土的渗透性与渗流规律
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§2 土的渗透性和渗流问题
§2.1 土的渗透性与渗流规律
一．渗流中的水头与水力坡降 二．渗透试验与达西定律 三．渗透系数的测定及影响因素 四．层状地基的等效渗透系数
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§2 土的渗透性和渗流问题 §2.1土的渗透性与渗流规律
一．渗流中的水头与水力坡降
板桩墙 基坑
透水层 不透水层
A
B L
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§2 土的渗透性和渗流问题 §2.1土的渗透性与渗流规律
Q A h L
断面平均流速 v Q A
水力坡降 i h L
vi
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§2 土的渗透性和渗流问题 §2.1土的渗透性与渗流规律
二. 渗透试验与达西定律
2.达西定律
渗透定 律
vi
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
水头差：
hh1h2
水力坡降：
i h L
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§2 土的渗透性和渗流问题 §2.1土的渗透性与渗流规律
二. 渗透试验与达西定律
1.渗透试验
▪试验前提：层流 ▪试验装置：如图
▪试验条件: h1，A，L=const ▪量测变量: h2，V，T ▪试验结果
Δh=h1-h2
Q=V/T
Δh↑，Q↑ A↑，Q↑ L↑， Q↓
原地下水位
渗流时地下水位 渗流量 水位
8
§2 土的渗透性和渗流问题 概述 渗流滑坡
渗流滑坡
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§2 土的渗透性和渗流问题 概述
土的渗透性及渗流规律 二维渗流及流网
渗透力与渗透变形
渗流 扬量压 渗力水压 水位力
渗透变 渗形流滑
坡
挡水建筑物 集水建筑物 引水结构物 基坑等地下施工 多雨地区边坡
土坡稳定分析
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
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§2 土的渗透性和渗流问题 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
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§2 土的渗透性和渗流问题 概述 水井渗流
Q
天然水面
不透水层
透水层 渗流量
7
§2 土的渗透性和渗流问题 概述 渠道渗流
v
o i0
i
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§2 土的渗透性和渗流问题 §2.1土的渗透性与渗流规律
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 野外试验测定方法
常水头试验法 变水头试验法 井孔抽水试验 井孔注水试验
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§2 土的渗透性和渗流问题 §2.1土的渗透性与渗流规律
三. 渗透系数的测定及影响因素
1. 测定方法
1
§2 土的渗透性和渗流问题
概述
碎散性 多孔介质
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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
渗透特性
饱和土的渗透性
强度特性 变形特性
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§2 土的渗透性和渗流问题 概述 土石坝坝基坝身渗流
二. 渗透试验与达西定律 2. 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
• 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: V，t
▪结果整理 V=Qt=vAt
h
土样
L
v=ki
k VL
A
Q
Aht
i=Δh/L
V
适用土类：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
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§2 土的渗透性和渗流问题 §2.1土的渗透性与渗流规律
实验方法： 理论依据：
抽水量Q
A=2πrh i=dh/dr
QAki2rhkdh
井
dr
观察井
r2 r r1
dr dh
Qdr 2khdh r
积 分
地下水位≈测压管水面
h1 h
h2
Qlnr2 r1
k(h22
h12)
不透水层 优点：可获得现场较为可 靠的平均渗透系数
三. 渗透系数的测定及影响因素
1. 测定方法
• 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
h1
Q 土样 L A
t=t1
t=t2
h2 水头 测管 开关
a
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§2 土的渗透性和渗流问题 §2.1土的渗透性与渗流规律
三. 渗透系数的测定及影响因素
1. 测定方法
• 室内试验方法2—变水头试验法
▪理论依据: t时刻： Δh dt dh
流入量：dVe= - adh
流出量：dVo=kiAdt=k (Δh/L)Adt
连续性条件： dVe=dVo -adh =k (Δh/L)Adt
dt aLdh kAh
t
aL
d
h2 dh
t aLln h1
0
kA h1 h
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§2 土的渗透性和渗流问题 §2.1土的渗透性与渗流规律
二. 渗透试验与达西定律 2. 达西定律
两种特例：
（1）粗粒土：
v
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
vcr=0.3-0.5cm/s
o
v kim (m 1)
i
（2）粘性土： 致密的粘土 i > i0, v = k(i - i0 )
一．渗流中的水头与水力坡降
总水头－单位重量水体所具有的能量
h z u v2 w 2g
z：位置水 头 u/γw：压力水 V头2/(2g)：流速水头≈0
总水头： h z u
w
uA w
h1 zA
0
测管水头
A
B L
基准面
Δh
uB
w h2
zB 0
A点总水头：
h1
zA
uA w
B点总水头：
h2
zB
uB w
kA h2
k aLlnh1 At h2
dh h1
h
Q 土样 L A
t=t1
t t+dt
t=t2
h2
水头 测管
开关
a
▪结果整理: 选择几组Δh1, Δh2, t ，计算相应的k，取平均值
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§2 土的渗透性和渗流问题 §2.1土的渗透性与渗流规律
三. 渗透系数的测定及影响因素
1. 测定方法
• 野外测定方法－抽水试验和注水试验法