第二章 土的渗透性及水的渗流[应用]

第二章 土的渗透性及水的渗流
2.a-a至c-c水头损失 △hac=ha-hc=25cm a-a至b-b水头损失 △hab=ha-hb=18.75cm
b-b至c-c水头损失 △hbc=hb-hc=6.25cm 3.i=△hac/(15+5)=25/20=1.25
第二章 土的渗透性及水的渗流 二、达西定律(Darcy’s law) 水在土中渗流的速度v与水 力梯度i成正比：
例2-1 如图，求 1.a-a、b-b、c-c静水 头和总水头。 2.a-a至c-c,a-a至bb,b-b至c-c的水头损失 ； 3.水在土样中渗流的 水力梯度。
第二章 土的渗透性及水的渗流
[解] 取c-c为基准面 1.za=15+5=20cm hwa=10cm ha=za+hwa=30cm zc=0 hwc=5cm hc=zc+hwc=5cm a-a至c-c水头损失 △hac=ha-hc=25cm hb=hc+5△hac/(15+5)=11.25cm Zb=5 hwb=hb-zb=6.25cm
第பைடு நூலகம்章 土的渗透性及水的渗流
粘性土不但存在起始水力梯度，而且当水力梯度超过起始 水力梯度后，渗透速度与水力梯度的规律还偏离达西渗透定 律而呈非线性关系。 为方便，用虚直线来描述密实粘土地渗透速度与水力梯度 的关系，用以下形式表示。
v k i i0
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流速与水力梯度的关系－砾土
v—断面平均渗透速度， 单位m/s或m/d； k—土的渗透系数 单位同v. 或：水在土中的渗透速度和试样两端水面间的水位差成正比 ，而与渗径长度成反比 。
h v ki k l
第二章 土的渗透性及水的渗流 单位时间流过土截面A的水量q
q vA kiA
适用范围：适用于层流范围，如砂土和一般的粘性土， 很粗的土或粘性很强的致密粘土不适合。 流速与水力梯度的关系－砂土
在粗粒土中（砾、卵石等 ），只有在小的水力梯度 下，渗透速度与水力梯度 才呈非线性关系，而在较 大的水力梯度下，水在土 中流动进入紊流状态，渗 透速度与水力梯度呈非线 性关系，此时达西定律同 样不能适用
第二章 土的渗透性及水的渗流 例2-2 如图， 已知：土样面积A=300cm2,k1=0.025cm/s,k2=0.15cm/s, 求:i1和i2和q 解：总水头损失 △h=△ h1+△h2＝40cm
第二章 土的渗透性及水的渗流 土的问题 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 或地基稳定性或产生有害变形的影响，在坡面、挡土墙等结构 物中常常会由于水的渗透而造成内部应力状态的变化而失稳； 土坝、堤防、基坑等结构物会由于管涌逐渐改变地基土内的结 构而酿成破坏事故；非饱和的坡面会由于水分的渗透而造成土 的强度的降低而引起滑坡。
hA z A

uA
hB zB

uB
A、B两点间的总水头差：
h hA hB
△h代表单位重量液体从A点向B点 流动时，为克服阻力而损失的能量。 水力梯度: h
i
L
水力坡降i 的物理意义为单位渗流长度上的水力损失。 L为A、B两点间的渗流途径。 1/31/2019
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第二章 土的渗透性及水的渗流 水的问题 水的问题指在工程中由于水本身引起的工程问题，如基坑、 隧道等开挖工程中普遍存在地下水渗出而出现需要排水的问题 ；相反在以蓄水为目的的土坝中会由于渗透造成水量损失而出 现需要挡水的问题；另外还有一些像污水的渗透引起地下水污 染，地下水开采引起大面积地面沉降及沼泽枯竭等地下水环境 的问题。 也就是说，水自身的量（涌水量，渗水量）、质（水质）、 赋存位置（地下水位）的变化引起的问题。
第二章 土的渗透性及水的渗流 土的渗透性：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。这种土体 被水透过的性能，称为 土的渗透性 (permeability)。
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水透过土体孔隙的现象称为渗透。 渗透结果：水在土体中的渗透，一方面会造成水量的损失， 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。 意义：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.
又v1=v2
k1×△h1/L1=k2×△ h2/L2 △ h1=30cm,△h2＝10cm i1=1.5, i2＝0.25 q=kAi=11.25cm3/s
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§2.2渗透系数及测定 一、渗透系数的意义及影响因素 ◎渗透系数k可用着评价土渗透性大小的指标： k值大，说明土的渗透性强，即易透水； k值小，说明土的渗透性弱，即不易透水。 各种土的渗透系数经验值见P42表2-1。
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 。
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流速与水力梯度的关系－粘土
对于密实的粘土，由于吸着 水具有较大的粘滞阻力，因 此，只有当水力梯度达到某 一数值后，克服了吸着水的 粘滞阻力以后，才能发生渗 透。我们将这一开始发生渗 透时的水力梯度成为粘性土 的起始水力梯度ib
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§2.1 土的渗透定律 一、土中渗流的总水头与水力梯 度 土中一点的总水头由三项组成： 势水头z、静水头hw和动水头hv， 即：
h z hW hV
由于水在土中渗流的速度一般很小，hv≈0，因此
h z hW z
u
w
式中 u为该点的静水压力
第二章 土的渗透性及水的渗流 A、B两点的总水头分别表示为：
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◎渗透系数的影响因素： （1）土的性质对k值的影响 粒径大小与级配：影响最大。 孔隙比或孔隙率：影响最大。 矿物成分：可交换的Na+越多，渗透系数越大。 结构：凝聚结构比分散结构有更大的透水性。 饱和度：随饱和度的增加而增大。 （2）渗透水的性质对k的影响 温度高，水的粘滞性降低，k变大，故规定k值以20℃为标准 。