第3章土的渗透性及渗流

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,3,章 土的渗透性及渗流,第,2,篇土力学,第二章回顾,1.,若某砂土的天然孔隙比与其能达到的最大孔隙比相等，则该土,(A),处于最疏松状态,(B),处于中等密实状态,(C),处于最密实状态,2.,饱和土的组成为：,(A),固相,(B),固相液相,(C),固相液相气相,(D),液相,3.,在土的三相比例指标中，三项基本的试验指标是,(),、,(),、,(),。它们分别可以采用,(),法、,(),法和,(),法测定。,4.,所谓土的含水量，是指：,(A),水的质量与土体总质量比,(B),水的体积与孔隙体积之比,(C),水的质量与土体中固体部分质量之比,5.,下列土的物理性质指标中，反映土密实程度的是,:,(A),土的重度,(B),孔隙比,(C),干重度,(D),土粒比重。,6.,决定无,黏,性土工程性质的好坏是无粘性土的,（），,它是用指标,（）或（）,来衡量。,7.,粘粒含量越多，颗粒粒径越,(),。比表面积越（），亲水性越（），结合水含量越（），塑性指数,I,p,越（）。,8.,黏性土的液性指数的正负、大小表征黏性土的（）状态，,I,L,1.0,为（）状态，,I,L,0,为（）状态。,9.,下列指标的（）与无黏性土无关。,（,A,）孔隙比,(B),液性指数（,C,）最大孔隙比,（,D,）含水量（,E,）灵敏度,10.,关于塑限的正确说法包括（）。,（,A,）土体由塑性状态转为流动状态的界限含水量；,（,B,）土体由半固态转为塑性状态的界限含水量,;,（,C,）一般用,w,p,表示,（,D,）一般用,w,L,表示,11.,稠度界限（阿太堡界限）的定义为（）。,（,A,）粘性土随含水量的变化从固态变为半固态时的界限含水率；（,B,）粘性土的含水量与粘粒含量的比值；（,C,）粘性土随含水量的变化从半固态变为可塑状态时的界限含水率；（,D,）粘性土随含水量的变化从一种状态变为另一种状态时的界限含水率。,12.,某黏性土的塑性指数,I,P,19,，该土的名称为,(),。,(A),粉土,(B),粉质黏土,(C),黏土,(D),砂,本讲内容,第,3,章 土的渗透性及渗流,3.1,概述,3.2,土的渗透性,3.3,土中二维渗流及流网,3.4,渗透破坏与控制,3.1,概述,下游,上游,土坝蓄水后水透过坝身流向下游,基坑开挖时，地下水向基坑内流动,支护结构,不透水层,一、工程背景,二、基本概念,水透过土体孔隙的现象称为,渗透,土具有被水透过的性能称为土的,渗透性,水在土体孔隙中流动的现象称为,渗流,土的渗透性研究包括三个方面：,（,1,）渗流量问题；,（,2,）渗透破坏问题；,（长江水灾，基坑坍塌）,（,3,）渗流控制问题。,（堤坝防渗墙、基坑防渗）,下水管漏水所致基坑坍塌,成都,“,楼歪歪,”,-,临近基坑开挖事故,合肥,“,楼歪歪,”,-,临近基坑开挖事故,3.2,土的渗透性,3.2.1,渗流基本概念,渗流模型：层流,(a),水在土孔隙中的运动,(b),渗流模型,水在土孔隙中的运动轨迹与渗流模型,3.2.2,土的层流,渗透定律,一、达西渗透定律,1855,年法国学者,Darcy,对,砂土,的渗透性进行研究,结论：,水在土中的渗透速度与试样的水力梯度成正比,v=ki,达西定律,水力梯度,，即沿渗流方向单位距离的水头损失,h,i,l,D,=,渗透系数,二、达西渗透定律适用范围,讨论：,砂土的渗透速度与水力梯度呈线性关系,密实的粘土，需要克服结合水的粘滞阻力后才能发生渗透,;,同时渗透系数与水力梯度的规律还偏离达西定律而呈非线性关系,i,b,起始水力梯度,虚直线简化,达西定律适用于层流，不适用于紊流（砾类土和巨粒土）,v=ki,i,v,O,砂土,0,i,v,密实粘土,3.2.3,渗透系数的测定,渗透系数的大小是直接衡量土的透水性强弱的重要力学性质指标。渗透系数的测定可以分为,现场试验,和,室内试验,两大类。,1.,室内试验：,常水头试验：,适用于透水性强的无粘性土,变水头试验：,适用于透水性弱的粘性土。,常水头法,无粘性土,常水头法就是在整个试验过程中，水头保持不变，试验装置如图,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,（,3-11,）,h,变水头法,粘性土,粘性土，渗透系数小，流经水量少,变水头法在整个试验过程中，水头是随着时间而变化的,a,-,细玻璃管截面积,A,-,土样截面积,2.,现场测定法,（,3-14,）,3.,影响渗透系数的因素,影响渗透系数的因素很多，诸如土的种类、级配、孔隙比及水的温度等。,(,自学,),课堂练习题,设变水头试验时，黏土试样的截面积为,A,30cm,2,，厚度为,L,4cm,；渗透仪玻璃管的内径为,d,0.4cm,，试验开始时，水位差为,h,1,160 cm,，经时段,7min 25s,后，观测得到水头差为,h,2,145 cm,，试求试样的渗透系数。,解：,已知面积,A,30 cm,2,。渗径长度,L,4cm,，玻璃管的内径截面积为,a,=0.126cm,2,。,h,1,160 cm,，,h,2,145 cm,，,t,1,0,，,t,2,760+25,445s,。,3.3,土中二维渗流和流网,3.3.1,二维渗流方程,一维渗流可用达西定律进行计算，而实际工程中，渗流是二维或三维的，这时达西定律需用微分形式表达，然后根据边界条件求解。,当渗流场中水头及流速等渗流要素不随时间改变时，这种渗流称为,稳定渗流,。,稳定渗流场中的二维渗流方程称为拉普拉斯方程（,3-26,），引进边界条件可求解。（自学）,求解方法有多种，常用的为,图解法,绘制流网,3.3.2,流网特征与绘制,流网是两组彼此正交的曲线，一组称为,等势线,（各点水头相等），另一组称为,流线,（表示渗流的方向），等势线和流线交织在一起形成的网格叫,流网,典型流网分析,接近坝底，流线密集，水力梯度大，渗透速度大,远离坝底，流线稀疏，水力梯度小，渗透速度小,流槽,正交,流网特征,流线与等势线彼此正交,相邻等势线间的水头损失相等,各流槽的渗流量相等,3.4,渗透破坏与控制,渗流,土体内部应力状态变化,土体的局部稳定问题,土体的整体稳定问题,管涌、流土等,水库塌岸,岸坡、土坝倒塌,3.4.1,渗流力,水在土中流动,能量消耗,力图拖曳土粒,水头损失,渗透水流施于单位土体内土粒上的拖曳力称为,渗流力,渗透力、动水压力,渗流力是一种体积力,3.4.2-3,渗透变形的形式,流土,管涌,临界水力梯度,当,h,增大到某一数值时，向上的渗流力克服了重力，土体就要发生浮起，俗称,流土,。,此时的水力梯度就称为,临界水力梯度，,用,i,cr,表示,（,3-43,）,流土,管涌,指在渗透水流的作用下，土中的颗粒被水流逐渐带走，最终导致土体内形成贯通的渗流管道，造成土体坍塌的现象。,一般粘性土只会发生流土，而不会发生管涌，属于非管涌土,无粘性土中粗颗粒构成的孔隙直径大于细颗粒的直径时，才可能让细颗粒在其中移动，这是发生管涌的,必要条件,湖南望城湘江大堤管涌,管涌,管涌的治理,反滤层,反滤层：反滤层是由,2-4,层颗粒大小不同的砂、碎石或卵石等材料做成的，顺着水流的方向颗粒逐渐增大，任一层的颗粒都不允许穿过相邻较粗一层的孔隙。设置反滤层后渗透水流出时就带不走堤坝体或地基中的土壤，从而防止管涌和流土的发生。,管涌的治理,反滤围井,管涌的治理,减压围井,减压围井又称养水盆，是在堤坝背水坡脚附近险情处使用土袋抢筑围井，抬高井内水位，减小水头差，降低渗透压力，减小水力坡降，制止渗水夹带泥沙，破坏土层，以稳定管涌险情。,小 结,了解土中水的运动规律，熟悉渗透系数的测定方法,了解渗透力，渗透变形，流网的概念，流砂、管涌的形成机理和治理措施,下一讲内容,第,4,章 土中应力,4.1,概述,4.2,土中自重应力,4.3,基底压力,