土力学第二章(中南大学)

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1、§2.1概述§2.2土的渗透性与渗透规律§2.3渗透系数的测定及影响因素§2.4渗透力与渗透变形第二章：土的渗透性和渗流问题§2.1概述土颗粒土中水渗流土是一种碎散的多孔介质，其孔隙在空间互相连通。当饱和土中的两点存在能量差时，水就在土的孔隙中从能量高的点向能量低的点流动水在土体孔隙中流动的现象称为渗流土具有被水等液体透过的性质称为土的渗透性透水层不透水层土石坝坝基坝身渗流防渗体坝体浸润线工程实例板桩围护下的基坑渗流透水层不透水层基坑板桩墙透水层不透水层天然水面水井渗流漏斗状潜水面Q渠道、河流渗流原地下水位渗流时地下水位降雨入渗引起的

2、滑坡§2.1概述§2.2土的渗透性与渗透规律§2.3渗透系数的测定及影响因素§2.4渗透力与渗透变形第二章：土的渗透性和渗流问题位置水头：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一、位置、压力和测管水头zA00ABu0pazB基准面静水§2.2土的渗透性和渗透规律位置势能：mgz压力势能：00基准面质量m压力u流速

3、vz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：二、总水头ABLhAzA基准面总水头：单位重量水体所具有的能量位置水头Z：水体的位置势能（任选基准面）压力水头u/w：水体的压力势能（u孔隙水压力）流速水头V2/(2g)：水体的动能（对渗流多处于层流≈0）渗流的总水头：也称测管水头，是渗流的总驱动能，渗流总是从水头高处流向水头低处A点总水头：三、水力坡降ABLhAhBzAzBΔh基准面水力坡降线B点总水头：二点总水头差：反映了两点间水流由于摩阻力造成的能量损失水力坡降i：单位渗流长度上的水头损失四、达西渗透定律LAh

4、1h2QQ透水石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，Vs为实际平均流速，孔隙断面的平均流速适用条件：层流（线性流动）岩土工程中的绝大多数渗流问题，包括砂土或一般粘土，均属层流范围在粗粒土孔隙中，水流形态可能会随流速增大呈紊流状

5、态，渗流不再服从达西定律。可用雷诺数进行判断：00.51.01.52.02.5达西定律适用范围2.01.51.00.50水力坡降流速(m/h)砾石粗砂中砂细砂极细砂h10dvRe=Re＜5时层流Re＞200时紊流200＞Re＞5时为过渡区§2.1概述§2.2土的渗透性与渗透规律§2.3渗透系数的测定及影响因素§2.4渗透力与渗透变形第二章：土的渗透性和渗流问题§2.3渗透系数的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室内试验方法野外试验方法一、室内试验方法-常水头试验法试验条件:Δh，A，L=const量测变量:

6、体积V，t适用土类：透水性较大的砂性土i=Δh/LV=Qt=vAtv=kihL土样AVQ二、室内试验方法-变水头试验法试验条件:Δh变化A，a，L=const量测变量:h，t适用土类：透水性较小的粘性土土样At=t1h1t=t2h2LQ水头测管开关a土样At=t1t=t2h1h2LQ水头测管开关在tt+dt时段内：入流量：dVe=-adh出流量：dVo=kiAdt=k(Δh/L)Adt连续性条件：dVe=dVo-adh=k(Δh/L)Adthdhtt+dt选择几组量测结果，计算相应的k，取平均值三、现场测定法－抽水试

7、验抽水量Qr1r2h1h2井不透水层试验条件:Q=const量测变量:r=r1，h1=？r=r2，h2=？优点：可获得现场较为可靠的平均渗透系数缺点：费用较高，耗时较长观察井A=2rhi=dh/dr计算公式：r抽水量Qr1r2h1h2井不透水层dhdrh地下水位≈测压管水面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。因此，土的渗透系数常用有效粒径d10来表示，如哈臣公式：土的性质水的性质粒径大小及级配孔隙比矿物成分结构四、渗透系数的影响因素是单位土体中孔隙体积的直接度量对

8、于砂性土，常建立孔隙比e与渗透系数k之间的关系，如：土的性质水的性质粒径大小及级配孔隙比矿物成分结构对粘性土，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；当粘土中含有可交