土中水的运动规律

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3.3.2 土的层流渗透定律
或
渗透定律(达西定律)： q kIF 或
v kI
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在黏土中，应按下 述修正后的达西定 律计算渗流速度：
v k (I I0 )
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3.3.3 土的渗透系数 渗透系数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。
室内试验测定法 渗透系数的确定 现场抽水试验 成层土的渗透系数
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1) 室内试验测定法 (1)常水头法 常水头法就是在整个试验过程 中，水头保持不变。用量筒和秒表 测出某一时刻t内流经试样的水量Q， 即可求出流过土体的流量，再根据 达西定律求解k。
Q v Ft
Ql k FHt
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及农业经济都有很大影响。
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3.2.1 土层中的毛细水带 土层中由于毛细 现象所润湿的范围称
为毛细水带。根据毛
细水带的形成条件和 分布状况，可分为三 种，即正常毛细水带、 毛细网状水带和毛细 悬挂水带，如图 3.1 所示。
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3.2.2 毛细水上升高度和上升速度 2 4 h max r w d w 在实践中也有些估算毛细水 上升高度的经验方式，如海森 (A.Hazen)的经验公式：
GD T w I (kN/m3 )
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2) 流砂现象、管涌和临界水头梯度
当向上的动水力与土的有效重度相等时，土颗粒间的压 力就等于零，土颗粒将处于悬浮状态而失去稳定，这种现象 就称为流砂现象。这时的水头梯度称为临界水头梯度：
' sat I cr 1 w w
靠拢，在土粒的接触面上就产生
一个压力，称为毛细压力。
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3.3 土的渗透性
上游 浸润线 下游 流线 土坝蓄水后水透 过坝身流向下游
等势线
隧道开挖时，地下 水向隧道内流动
土孔隙中的自由水在重力的作用下发生运动的现象， 称为土的渗透性。
H
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3.3.1 渗流模型
考虑到实际工程中并不需要了解具体孔隙中的渗流情况，对 渗流作出如下的简化：一是不考虑渗流路径的迂回曲折，只分析 它的主要流向；二是不考虑土体中颗粒的影响，认为孔隙和土粒 所占的空间之总和均为渗流所充满。作了这种简化后的渗流其实 只是一种假想的土体渗流，称之为渗流模型。
h h k
i i i
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3.3.4 影响土的渗透性的因素

土的粒度成分及矿物成分 结合水膜的厚度 土的结构构造


水的黏滞度
土中气体
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3.3.5 动水力及渗流破坏 水在土中渗流时，受到土颗粒的阻力的作用，这个力 的作用方向是与水流方向相反的。根据作用力与反作用力 相等的原理，水流也必然有个相等的力作用在土颗粒上， 我们把水流作用在单位体积土体中土颗粒上的力称为动水 力，也称为渗流力。 1) 动水力的计算公式
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水在砂性土中渗流时，土中的一些细小颗粒在动水力 的作用下，可能通过粗颗粒的孔隙被水流带走，这种现象 称为管涌。
第三章 土中水的运动规律
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3.1 概述
土中水并非处于静止不变的状态，而是处于运动状态。土 中水的运动原因和形式很多，例如，在重力作用下，地下水的
流动(土的渗透性问题)；在土中附加应力作用下孔隙水的挤出
(土的固结问题 )；由于表面张力作用产生的水分移动 (土的毛 细现象)；在土颗粒分子引力作用下结合水的移动 (如冻结时土 中水分的移动 )；由于孔隙水溶液中离子浓度的差别产生的渗 附现象等。土中水的运动将对土的性质产生影响，在许多工程 实践中碰到的问题，如流沙、冻胀、渗透固结、渗流时的边坡 稳定等，都与土中水的运动有关。故本章着重研究土中水的运 动规律。
C hc ed10
通过试验可以得出，在较粗 颗粒土中，毛细水上升一开始进 行的很快，以后逐渐缓慢，细颗 粒土毛细水上升高度较大，但上 升速度较慢。
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3.2.3 毛细压力 毛细压力可以用图 3.3来说明。 图中两个土粒 ( 假想是球体 ) 的接
触面间有一些毛细水，土粒表面
的湿润作用，使毛细水形成弯液 面。在水和空气的分界面上产生 的表面张力是沿着弯液面切线方 向作用的，它促使两个土粒互相
2) 现场抽水试验
(1)无压完整井
R q ln( ) r0 k ( H 2 h02 )
(2)无压非完整井
R q ln r0 k 10r0 1.8h' ' 2 2 [( H h ) h0 ] 1 0.3 sin H H
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3.2 土的毛细性
土的毛细性是指土能够产生毛细现象的性质。土的毛细现
象是指土中水在表面张力作用下，沿着细微孔隙向上及向其他 方向移动的现象。这种细微孔隙中的水被称为毛细水。土的毛 细现象在以下几个方面对工程有影响：
1) 毛细水的上升是引起路基冻害的因素之一。 2) 对于房屋建筑，毛细水的上升会引起地下室过分潮湿。 3) 毛细水的上升可能引起土的沼泽化和盐渍化，对建筑工程
(2)变水头法 设玻璃管的内截面积为a，试验开 始以后任一时刻 t的水位差为 h，经时 段dt ，细玻璃管中水位下落 dh，则在 时段dt内流经试样的水量：
dQ adh
dQ k h Fdt l
h adh k Fdt l
h1 al k ln F (t 2 t1 ) h2
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3) 成层土的渗透系数
水平向： kh
q q1 q2 k1 F1 I1 k2 F2 I 2 k1h1 k2 h2 ki hi FI FI FI h1 h2 hi
(h1 h2 ) h1 h2 q q (h1 h2 ) q (h1 h2 ) q k 竖 向： v FI F q2 h2 h1 h2 H F (H1 H 2 ) F q1h2 ( )( ) F1k2 F2 k2 k1 k2