土力学与地基基础--第02章-土的渗透性和渗流问题

Δh=h1-h2
Q=V/T
Δh↑,Q↑ A↑，Q↑ L↑，Q↓
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
k: 反映土的透水性能的比例系数,称为渗透系数
渗透定律
vi
物理意义:水力坡降i＝1时的渗流速度 常用单位:mm/s, cm/s, m/s, m/day
dh
h1 h
t=t1
t t+dt
t=t2
h2
-adh =k (Δh/L)Adt
t
aL
d
h2 dh
0
kA h1 h
§2 土的渗透性和渗流问题
概述
碎散性 多孔介质
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
土体等多孔介质具有被水、气等 流体透过的性质
渗流 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
防渗斜墙及铺盖 不透水层
土石坝
浸润线
渗流量
透水层 渗透变形 (渗透破坏)
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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
渗流量
透水层
地下水位
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§2 土的渗透性和渗流问题 概述 渠道渗流
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
水头差:
水力坡降:
hh1h2
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（一个试验） ▪量测变量: h2,V，T ▪试验结果:基于一系列试验
Re＜5时层流 Re ＞200时紊流 200＞ Re ＞5时为过渡区
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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= 0.3~0.5 cm/s = 0.003~0.005 m/s
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。
也可用临界流速vcr进行判断。
Re
v d10
(η:运动粘滞系数）
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
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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 §2.2 平面渗流与流网 §2.3 渗透力与渗透变形
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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
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
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
在层流状态的渗流中,渗流速度v与水力坡降i的 一次方成正比，并与土的性质有关。
v k i
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
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
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:压力水头 V2/(2g):流速水头≈0
总水头:
hz u w
uA w
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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
原地下水位
渗流时地下水位 渗流量 水位
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§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
渗流量 扬压力 渗水压力 水位 渗透变形 渗流滑坡
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
o
v kim (m 1)
i
（2）粘性土: 致密的粘土 i > i0, v = k(i - i0 )
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
室内试验来自百度文库定方法 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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第二章
土的渗透性和渗流问题
2
§2 土的渗透性和渗流问题
本章特点
• 有较严格的理论（水流的一般规律） • 有经验性规律（散粒体多孔介质特性）
学习要点
• 注重对物理概念和意义的深入理解 • 注意土是散粒体（多孔介质）这一特点
主要难点
• 水头及水力坡降 • 二维流网及其应用 • 渗透力及其分析方法
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