土力学_第3章(土的渗透性和渗流问题)VIP专享VIP免费

第三章土的渗透性和渗流问题主要内容：土的渗透性和渗透规律研究对象：饱和土体渗漏“管涌”一、土的渗透性（1）水在压力坡降作用下穿过土中连通孔隙发生流动的现象，称为土的渗透（2）土体被水透过的性能，称为土的渗透性。（3）土的渗透对工程会产生两个问题：（a）渗漏问题；（b）渗透稳定性问题二、达西定律及其适用范围（1）土中水的渗流①渗流：水在土体孔隙中流动的现象。（清华—土力学）水流②渗流：水在压力坡降作用下穿过土中连通孔隙发生流动的现象。（冯国栋—土力学）水头：单位重量的水所具有的能量。水力梯度（坡降）：单位流程总水头的变化AhAzwAuLBhhBwuBz总水头线总水头＝势水头＋压力水头＋动水头最关心的不是水头而是水头差！gvuZhw22wuZhLhLhhiBA土中的水沿着流线方向每前进Δs的距离，就要有-Δh的水头损失。（2）Darcy定律（法国工程师，1856年提出）渗透系数，单位：cm/sA截面积式中：v—渗透速度(m/s)；i—水头（力）梯度；k—渗透系数(m/s)；Q—渗透流量(m3/s)A—截面积。AikQikvAQv渗透速度水头梯度渗透流量（3）Darcy定律适用范围①（v-i）这种线性关系，只适用于层流渗透速度大时不适用（临界速度ver）②对于密实的粘性土，坡降（i）小时也不适用（起始坡降io）。砂土和粘性土的渗透规律砂土和松散粘性土在粗粒土中（砾石、卵石和碎石），渗透速度大，线性关系不适用。mikvDarcy定律的表达式为：摘自《清华-土力学》)(oiikvDarcy定律的表达式为：紊流三、渗透系数测定方法及影响因素（1）测定方法室内试验常水头变水头K>10-3cm/s的砂土渗透系数测定现场试验注水试验抽水试验k<10-3cm/s的粉土和粘土常水头试验示意图①常水头渗透试验故，渗透系数为：截面积为A，流径L；压力水头维持不变；试验开始时，水自上而下流经土样；待渗流稳走后，测得水量Q；同时读得a、b两点水头差h。则得：AtLhkkiAtqtQhAtQLkk>10-3cm/s的砂土土样的截面积A，高度为L储水管截面积为a试验开始储水管水头为h0经过时间t后降为h1时间dt内水头降低dh，水量为：变水头渗透试验示意图②变水头渗透试验另外：adhdQAdtLhkkiAdtdQ)/(k<10-3cm/s的粉土和粘土流入和流出相等：由此求得渗透系数：整理并积分得即AdtLhkadt)/(dhkAhaLdt)(1010hdhkAaLdthhtt)ln(1001hhkAaLtt)ln()(1001hhttAaLk变水头渗透试验装置仪器主要由上盖、底座、套座、环刀、透水石、螺杆等组成。③现场抽水（注水）试验122122ln)(rrhhQkhLnvk'（摘自：清华—土力学，p44）（？）（a）强透水层：K>10-3cm/s（b）中等透水层：K＝10-3～10-5cm/s（c）弱透水层（相对不透水层）：K<10-6cm/s渗透系数参考值（来源？）④利用渗透系数判断土层的透水性（2）影响因素•土颗粒的粒径、级配和矿物成分（大）•土的结构和构造•孔隙比或孔隙率（大）•水的动力粘滞度•土的饱和度？210cdkd10—含量小于10%的粒径，cm；c—经验系数，40-150之间。kelg（摘自：清华-土力学）（3）层状土的渗透性•x方向的平均渗透系数Kx（电阻并联）yacoxbHH1H2H3k1k2k3A)(1332211HkHkHkHKx321qqqqx•y方向的平均渗透系数Ky（电阻串联）321qqqqy332211kHkHkHHKy水平方向由最大的一层渗透系数决定，垂直方向由最小的一层渗透系数决定。*每层土的水力坡降i相等*每层土的水头损失之和等于总的水头损失水流水流四、渗流作用下土的应力状态（摘自：土力学—冯国栋，p39）（1）静水条件下土的有效应力与中性应力HhaAhHWsatw)(a点的总应力a点的静水压强a点的有效应力孔隙水压力，也叫中性应力土的强度和变形的变化都只取决于有效应力的变化而不是总应力。hHsatw)(hHuwu'hhwsat')(（清华-土力学，96页）（2）渗透力wij12Hha定义：单位土体内土颗粒所受的渗流作用力为渗透力j。体积力，单位：kN/m3渗流流过土体，土颗粒对水流产生阻力，造成水头损失h。以水的受力为对象，进行公式推导，详请见...