土质学与土力学第3章

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1、土质学与土力学人防教研室赵佩胜第三章土中水的运动规律水以各种形式存在于土中，这在前面已讲过。同时土中水在不断地运动，如水的渗透，毛细水运动等，这些运动对土的性质影响很大。土的毛细性是指土能够产生毛细现象的性质。毛细现象是指土中水在表面张力作用下，沿着孔隙形成的管道向上运动的现象。这部分孔隙中的水称为毛细水。毛细水的危害：引起路基冻害，地下室过分潮湿，土地沼泽化、盐渍化。《土质学与土力学》多媒体课件人防工程教研室赵佩胜制作第一节土的毛细性一、土层中的毛细水带1、正常毛细水带（又称毛细饱和带）：位于毛细水带下部，地下潜水面以上，几乎充满全部孔隙。正常毛细

2、水带会随着地下水位的升降而作相应的移动。2、毛细网状水带：位于毛细水带中部，正常毛细水带之上。当地下水位急剧下降时，正常毛细水也随之急速下降，在较小毛细孔隙中仍残留一部分毛细水来不及移动，而较大的孔隙因毛细水下降而留下气泡，毛细水呈网状分布。3、毛细悬挂水带：位于毛细水带上部。主要为地表水渗入而形成，水悬挂在土颗粒之间，不与中部或下部毛细水相连，当地表有大气降水补给时，毛细悬挂水在重力作用下向下移动（图3-1）。《土质学与土力学》多媒体课件人防工程教研室赵佩胜制作二、毛细水上升高度及上升速度毛细水的上升高度，可根据水的表面张力以及水在毛细管内弯液面的

3、角度进行计算（图3-2）。毛细水上升的最大高度为：据理论计算，当d=0.00001cm时，h=300m。实际是不可能的。天然土层中，毛细水上升高度很少超过数米。因为孔隙很细小，又有结合水膜的阻碍，一般砂土和粘性土，毛细水上升不高，粉土和粉质亚粘土较高。毛细水上升的速度：粗粒土毛细水上升速度较快，细粒土上升速度慢，饱和土无毛细水（图3-3）。《土质学与土力学》多媒体课件人防工程教研室赵佩胜制作三、毛细压力干燥的砂呈松散状态，无粘结力，水下的饱和砂土也无粘结力。但有一定含水量的湿砂（非饱和砂土）能捏成团，显示一定的联结力，这是因为毛细压力作用的结果。也称

4、假内聚力（图3-4）。（如第四次中东战争中的巴列夫防线）。《土质学与土力学》多媒体课件人防工程教研室赵佩胜制作第二节土的渗透性一、渗流模型二、土的层流渗透定律土中孔隙水在压力梯度下发生渗流一般符合达西（H·Darcy）定律：水的渗透速度与水头梯度成正比。达西定律适用于层流的情况，一般只适用于中砂、细砂、粉砂等。对于粗砂、砾石、卵石等粗粒土就不适用了。而在粘性土中，由于结合水的存在，渗流受粘滞作用而阻碍，只有克服结合水的抗剪强度后才能开始渗流。此时达西定律可修正为：《土质学与土力学》多媒体课件人防工程教研室赵佩胜制作三、土的渗透系数土的渗透系数可由经验

5、参考数值确定，也可通过室内试验、现场抽水试验测定。1、室内常水头渗透试验试验装置见图3-7。由试验测得的结果计算如下：2、变水头渗透试验试验装置如图3-8。由此可求得渗透系数：3、现场抽水试验现场抽水试验见图3-9。从而求得渗透系数为：《土质学与土力学》多媒体课件人防工程教研室赵佩胜制作4、成层土的渗透系数对于有水平分层的沉积土层，分层对渗透系数影响很大（图3-11）。（1）考虑水平向渗流时（水流方向与土层平行）各层土的水头梯度相同，总的流量等于各土层流量之和，总的截面积等于各层土截面之和。（2）考虑竖直向渗流时（水流方向与土层垂直）总的流量等于每一

6、土层的流量，总的截面积等于各土层的截面积，总的水头损失等于每一层的水头损失之和。《土质学与土力学》多媒体课件人防工程教研室赵佩胜制作三、影响土的渗透性的因素1、土的粒度成分及矿物成分颗粒大小、形状及级配，影响孔隙大小及形状，也影响渗透性。土颗粒越粗、越浑圆、越均匀时，渗透性就大。砂土含较多粉土及粘土颗粒时，其渗透系数就大大降低。土的矿物成分对卵石、砂土和粉土等粗粒土的渗透性影响不大，但对粘性土的渗透性影响较大，主要是由于其亲水性和有机质的含量。2、结合水膜厚度粘性土结合水膜较厚时，会阻塞土的孔隙，降低土的渗透性。如在粘土中加入高价离子的电解质，会使土

7、粒扩散层厚度减薄，粘土颗粒会凝聚成粒团，土的孔隙因而增大，土的渗透性也增大。《土质学与土力学》多媒体课件人防工程教研室赵佩胜制作3、土的结构构造天然土层不是各向同性的，因此渗透性也一样。如黄土具有竖向大孔隙，因此它竖直方向的渗透系数比水平方向大得多。层状粘土常夹有薄层粉砂层，它在水平方向的渗透系数比竖直方向要大。4、水的粘滞度水在土中的流速与水的容重和粘滞度有关，而它们又与温度有关。水的容重随温度变化可以忽略，水的粘滞系数随温度的变化对渗透系数的影响可用下式修正：5、土中气体土孔隙中的密闭气泡，会阻塞水的渗流，从而降低土的渗透性。《土质学与土力学》多

8、媒体课件人防工程教研室赵佩胜制作四、动水力及渗流破坏水在土中渗流时受到土颗粒的阻力T，同样水流也有一个力作用