土力学-土的渗透性及渗流.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,*,第二章 土的渗透性及水的渗流,一、土的渗透性,permeability,及土中渗流,seepage,1.,土的渗透性与工程的关系,（,1,）渗透变形（破坏）问题,因渗流造成土体变形甚至破坏。,（,2,）渗流量的问题,土坝坝身、坝基、渠道等的渗漏水量估算；,基坑开挖渗水量及排水量计算；,水井供水量估算。,（,3,）渗流控制问题,Teton,大坝，,位于美国爱达荷州的东南部，为高,93m,的土坝。,1976,年,6,月,5,日该坝完成后第一次蓄水时即发生破坏，造成,11,人死亡及数百万美元的损失。破坏是由右岸距坝顶约,40m,处的一个漏洞引起的,。,渗透变形（破坏）问题,基坑开挖降水,井点降水,管井降水,水头,hydraulic head,：单位重量的水所具有的能量。,2.,土的渗透定律,水 头,势水头,静水头,动水头,位置水头,压力水头,速度水头,测压管水头,孔隙水压,渗流速度,土中渗流速度通常较小，可忽略，故有,水力梯度（坡降）,hydraulic gradient,总水头线,测压管,piezometer,tube,单位流程的水头损失。,A,B,土中渗流和水力梯度,3.Darcy,渗透定律,在层流,sheet flow,状态下，有,Henry,Philibert,Gaspard,Darcy,(1803-1858),法国工程师,（,Darcy,，,1856,）,（,1,）试 验,（,2,）,Darcy,渗透定律,平均流速,流,量,土,的,截面积,渗透系数,水力梯度,Darcy,渗透定律是计算分析土的渗流、渗透固结问题的重要基础。,渗流速度,seepage velocity,a.,砂土及一般粘性土,b.,砾以上的土且水力梯度较大时，形成,紊流，,故不适用。,c.,粘性很强的致密粘土，修正为,（,3,）平均流速及渗流速度,（,4,）,Darcy,定律的适用范围,平均流速,discharge velocity,土截面,渗流为层流,适用于砂土,二、渗透系数,coefficient of permeability,及测定方法,（,1,）,常水头渗透试验,constant head permeability test,由,Darcy,定律,并有,渗透系数,温度修正,1.,渗透系数,测定方法,（,2,）变水头渗透试验,falling head permeability test,适用于粘性土,流速计算,水力梯度,由,Darcy,定律,渗透系数,(3),现场抽水试验,pump test,permeability test,适用于粗颗粒土,水力梯度,平均流速,由,Darcy,定律,水力梯度,平均流速,（,4,）渗流速度测定试验,适用于粗颗粒土,水力梯度,平均流速,渗流速度,由,Darcy,定律,D,10,Hazen(1892),2.,渗透系数的影响因素,（,1,）,土颗粒的粒径、级配和矿物成分,有效颗粒尺寸,effective grain size,b.,曲率系数,C,u,对渗透性的影响不大。,a,.,砂土的渗透性由其中的小颗粒控制,D,5,Kenney(1984),渗透系数,d.,细粒土的渗透性与液体的极性有关。,（,Mesri,and Olson,，,1971,）,水,四氯化碳或苯,c.,渗透系数：蒙脱石,伊利石,分散结构,层状土：,不饱和土中气泡对渗透性的影响,（,2,）,孔隙比或孔隙率,3.,成层土的平均渗透系数,水平渗流时,总流量等于各土层流量之和,（各层的水力梯度相等竖直渗流时,总水头损失等于各土层水头损失之和,（各层的流量相等）,将土层简化为均质土，便于计算,三、渗透力及临界水力梯度,b-b,a-a,?,孔隙水,土颗粒,渗流,1.,渗透力,渗透力,渗透力,seepage force,土中渗流对土粒产生推动、摩擦、拖曳作用力。,临界水力梯度,critical hydraulic gradient,有效应力,effective stress,土颗粒,土颗粒之间的作用力。,有效应力为,0,时对应的水力梯度。此时水将发生渗透破坏。,2.,土的渗透破坏,流 土,（流砂,quick sand,、翻砂,boil sand,）,在向上的渗流作用下，表面土局部范围内的土体或颗粒群同时发生悬浮、移动的现象。,发生条件,要 求,管涌,piping,在渗流作用下，土中的细粒在粗粒形成的孔隙中移动以至流失,孔隙增大，渗流速度增加粗粒流走,贯通的水流通道,土体塌陷,。,发生条件,（,2,）级配,（,1,）无粘性土,且满足一定的级配条件,（,3,）水力梯度,级配连续,i,=0.15,0.25,级配不连续,i,=0.10,0.20,水流的状态不随时间而变。,四、二维稳定渗流,steady seepage,（,1,）连续方程的建立,对稳定流，流入量流出量,流入微单元的水量,（厚度为,1,）,流出微单元的水量,1.,二维稳定渗流的连续方程,对稳定流，流入量流出量,数学上称为Laplace,方程,（调和方程,harmonic equation,）,Pierre Simon de Laplace,1749,1827,连续 方程,水力梯度,水 头,对各项同性土,（,3,）势方程和流方程,势方程,渗流与等势线垂直,Cauchy-Riemann,方程,流方程,（,2,）连续方程的解法,数学解析法,数值解法,试验法（比拟法）,图解法,与,之间满足,不透水层,板桩或连续墙,（,4,）连续方程的解及流网,flow net,流线,等势线,边 界,边 界,边 界,边 界,流 槽,（,1,）满足渗流场的边界条件。,（,2,）等势线与流线正交。,（,3,）流网中四边形网格沿等势线和流线两个方向边长之比值相等（,1,）,各流槽流量相等，且有,3.,流网的应用,（,1,）水头计算,不透水层,板桩或连续墙,8.0,14.5,9.5,9.0,18,b,d,1,2,3,4,4,5,.2,流过每一格的水头损失,总的水头损失,流过的网格数,总水头,势水头,压力水头,（,2,）水力梯度计算,（,3,）渗流量计算,不透水层,板桩或连续墙,8.0,14.5,9.5,9.0,18,b,d,1,2,3,4,4,5,.2,