第三章土的渗透性----新.ppt

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,*,土力学 第三章 土的渗透性,第三章 土的渗透性,碎散性,多孔介质,三相体系,孔隙流体流动,渗流,水、气等流体在土体等多孔介质的孔隙中流动的现象,渗透性,土体等多孔介质具有被水、气等流体透过的性质,渗透特性,强度特性,变形特性,非饱和土的渗透性,饱和土的渗透性,能量差,土颗粒,土中水,渗流,3.1,概述,渗流量,渗透变形,土石坝,防渗斜墙及铺盖,浸润线,透水层,不透水层,渗水压力,渗流量,渗透变形,透水层,不透水层,基坑,板桩墙,板桩围护下的基坑渗流,渗流滑坡,渗流滑坡,渗流量,扬压力,渗水压力,渗透破坏,渗流速度,渗水面位置,挡水建筑物,集水建筑物,引水结构物,基础工程,地下工程,边坡工程,渗透特性,变形特性,强度特性,位置水头,：,到基准面的竖直距离，代表单位重量的液体从基准面算起所具有的位置势能,压力水头,：,水压力所能引起的自由水面的升高，表示单位重量液体所具有的压力势能,测管水头,：,测管水面到基准面的垂直距离，等于位置水头和压力水头之和，表示单位重量液体的总势能,在静止液体中各点的测管水头相等,3.2,土的渗透性和渗流定律,3.2.1,土的渗透性,z,A,0,0,A,B,u,0,p,a,z,B,基准面,静水,1,、渗流速度,1856,年达西,(Darcy),在研究城市供水问题时进行的渗流试验,或：,其中，,A,是试样的断面积,A,达西定律,达西定律：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,渗透系数,k:,反映土的透水性能的比例系数，其物理意义为水力坡降,i,1,时的渗流速度，单位：,cm/s,m/s,m/day,渗透速度,v,：土体试样全断面的平均渗流速度，也称假想渗流速度,其中，,V,s,为实际平均流速，孔隙断面的平均流速,粗粒土：,砾石类土中的渗流不符合达西定律,砂土中渗透速度,v,cr,=0.3-0.5cm/s,适用条件,i,v,o,v,cr,i,v,o,i,0,层流（线性流）,大部分砂土，粉土；疏松的粘土及砂性较重的粘性土,两种特例,粘性土：,致密的粘土,ii,0,v=,k(i,-i,0,),水往低处流,水往高处跑,”,速度,v,压力,u,位置,：,使水流从位置势能高处流向位置势能低处,流速,：,水具有的动能,压力,：,水所具有的压力势能,也可使水流发生流动,水流动的驱动力,2,、水头和水力坡降,位置势能：,mgz,压力势能：,0,0,基准面,质量,m,压力,u,流速,v,z,动能：,总能量：,称为总水头，是水流动的驱动力,单位重量水流的能量：,A,B,L,h,1,h,2,z,A,z,B,h,0,0,基准面,水力坡降线,总水头,单位重量水体所具有的能量,z,：位置水头,u/,w,：压力水头,V,2,/(2g),：流速水头,0,A,点总水头：,B,点总水头：,总水头：,水力坡降：,水头差：,测管水头,3.2.4,渗透系数的测定及影响因素,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,1.,测定方法,室内试验方法,1,常水头试验法,结果整理,试验装置：,如图,试验条件,:,h,，,A,，,L=const,量测变量,:,V,，,t,i=,h,/L,V=Qt=,vAt,v=,ki,适用土类：,透水性较大的砂性土,h,L,土样,A,V,Q,室内试验方法,2,变水头试验法,透水性较小的粘性土,?,室内试验方法,2,变水头试验法,试验装置：,如图,试验条件,:,h,变化，,A,、,L=const,量测变量,:,h,，,t,土样,A,t=t,1,h,1,t=t,2,h,2,L,Q,水头,测管,开关,a,室内试验方法,2,变水头试验法,结果整理,:,理论依据,:,t,时刻：,h,dt,dh,dV,e,=-,adh,dV,o,=,kiAdt,=k(,h/L)Adt,dV,e,=,dV,o,流入量,：,流出量：,连续性条件：,-,adh,=k(,h/L)Adt,选择几组,h,1,h,2,t,，计算相应的,k,，取平均值,土样,A,t=t,1,h,1,t=t,2,h,2,L,Q,水头,测管,开关,a,h,dh,t,t+dt,野外测定方法,抽水试验和注水试验法,优点：可获得现场较为可靠的平均渗透系数,地下水位,测压管水面,井,抽水量,Q,r,1,r,r,2,dh,dr,h,1,h,h,2,不透水层,观察井,A=2,rh,i=dh/,dr,缺点：费用较高，耗时较长,实验方法：,理论依据：,积分,2.,影响因素,粒径大小及级配,孔隙比,矿物成分,结构,饱和度（含气量）,水的动力粘滞系数,粒径大小及级配：,是土中孔隙直径大小的主要影响因素；因由粗颗粒形成的大孔隙可被细颗粒充填，故土体孔隙的大小一般由细颗粒所控制。,（,1,）土粒特性的影响,孔隙比：,是单位土体中孔隙体积的直接度量；对于砂性土，渗透系数,k,一般随孔隙比,e,增大而增大。,矿物成分：,对粘性土，影响颗粒的表面力；不同粘土矿物之间渗透系数相差极大，其渗透性大小的次序为高岭石,伊里石,蒙脱石；塑性指数,Ip,综合反映土的颗粒大小和矿物成份，常是渗透系数的参数。,结构：,影响孔隙的构成和方向性，对粘性土影响更大；在宏观构造上，天然沉积层状粘性土层，常使得,k,水平,k,垂直,；在微观结构上，当孔隙比相同时，凝聚结构将比分散结构具有更大的透水性。,饱和度,s,r,(%),渗透系数,k(10,-3,cm/s),8,7,6,5,4,3,2,80 90 100,饱和度的影响,流体粘滞性的影响,温度高,粘滞性低,渗透系数大,封闭气泡对,k,影响很大，可减少有效渗透面积，还可以堵塞孔隙的通道,（,2,）流体特性的影响,