第二章土的渗透性与渗透问题VIP免费

第二章土的渗透性与渗透问题§2.1达西定律§2.2渗透系数及其确定方法§2.3渗透力与渗透变形§2.4渗流工程问题与处理措施主要内容主要内容土的渗透问题概述浸润线流线等势线下游上游土坝蓄水后水透过坝身流向下游H隧道开挖时，地下水向隧道内流动在水位差作用下，水透过土体孔隙的现象称为渗透§2.1达西定律一、达西定律1856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渗透试验播放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二、达西定律适用范围与起始水力坡降kiv达西定律讨论：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坡降的规律还偏离达西定律而呈非线性关系biikvib起始水力坡降虚直线简化达西定律适用于层流，不适用于紊流v=kiivO砂土0iv密实粘土§2.2渗透系数及其确定方法一、渗透试验（室内）AtLhkkiAtqtV时间t内流出的水量hAtVLk1.常水头试验————整个试验过程中水头保持不变适用于透水性大（k>10-3cm/s）的土，例如砂土。2.变水头试验————整个试验过程水头随时间变化截面面积a任一时刻t的水头差为h，经时段dt后，细玻璃管中水位降落dh，在时段dt内流经试样的水量dV=－adh在时段dt内流经试样的水量dV=kiAdt=kAh/Ldt管内减少水量＝流经试样水量－adh=kAh/Ldt分离变量积分2112lnhhttAaLk＝2112lg3.2hhttAaLk＝适用于透水性差，渗透系数小的粘性土二、影响渗透系数的因数1.土粒大小与级配细粒含量愈多，土的渗透性愈小，例如砂土中粉粒及粘粒含量愈多时，砂土的渗透系数就会大大减小。2.土的密实度3.水的动力粘滞系数同种土在不同的密实状态下具有不同的渗透系数，土的密实度增大，孔隙比降低，土的渗透性也减小。动力粘滞系数随水温发生明显的变化。水温愈高，水的动力粘滞系数愈小，土的渗透系数则愈大。4.土中封闭气体含量土中封闭气体阻塞渗流通道，使土的渗透系数降低。封闭气体含量愈多，土的渗透性愈小。2020TTkkT、20分别为T℃和20℃时水的动力粘滞系数，可查表三、成层土的渗透系数1.水平渗透系数H1H2H3k1k2k3Hq1xq2xq3xqx通过整个土层的总渗流量qx应为各土层渗流量之总和niixnxxxxqqqqq121iHkqxx达西定律nnniixiHkiHkiHkq22111整个土层与层面平行的等效渗透系数平均渗透系数niiixHkHk112.垂直渗透系数H1H2H3k1k2k3H根据水流连续定理，通过整个土层的渗流量等于通过各土层的渗流量nyyyyqqqq21垂直渗透系数q3yq2yq1yqy各土层的相应的水力坡降为i1、i2、…、in，总的水力坡降为iAikAikAikiAknny2211总水头损失等于各层水头损失之和nniHiHiHHi2211代入nnnnyikikikHiHiHiHk22112211)(1整个土层与层面垂直的等效渗透系数nnykHkHkHHk2211四、例题分析【例】设做变水头渗透试验的粘土试样的截面积为30cm2，厚度为4cm，渗透仪细玻璃管的内径为0.4cm，试验开始时的水位差为160cm，经时段15分钟后，观察得水位差为52cm，试验时的水温为30℃，试求试样的渗透系数【解答】已知试样截面积A=30cm，渗径长度L=4cm，细玻璃管的内截面积222cm1256.044.014.34dah1=160cm，h2=52cm，△t=900s试样在30℃时的渗透系数cm/s1009.252160lg9003041256.03.2lg3.25211230hhttAaLk§2.3渗透力与渗透变形一、渗透力和临界水力坡降1.渗透力——渗透水流施加于单位土粒上的拖曳力h2h1h21L沿水流方向放置两个测压管，测压管水面高差h水流流经这段土体，受到土颗粒的阻力，阻力引起的水头损失为h土粒对水流的阻力应为hAFw土样面积根据牛顿第三定律，试样的总渗流力J和土粒对水流的阻力F大小相等，方向相反hAFJw渗流作用于单位土体的力wwiALhAALJj说明：渗透力j是渗流对单位土体的作用力，是一种体积力，其大小与水力坡降成正比，作用方向与渗流方向一致，单位为kN/m3渗透力的存在，将使土体内部受力发生变化，这种变化对土体稳定性有显著...