第二章 土中水的运动规律 土力学与基础工程

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1、第二章土中水的运动规律学习内容：（1）毛细水产生的原因和对工程的影响以及土的冻结（2）达西定律（3）流沙、管涌现象产生的原因、对工程的危害以及防治措施第一节土的毛细性土的毛细现象：土中水在表面张力作用下，沿着土中毛细孔隙向上及向其它方向移动的现象一.土层中的毛细水带正常毛细水带毛细网状水带毛细悬挂水带hc毛细水重力水二.土中水毛细现象对工程的影响：1).毛细水的上升是引起路基冻害的因素之一；2).对于房屋建筑,毛细水的上升会引起地下室过分潮湿；3).毛细水的上升可能引起土的沼泽化和盐渍化,对建筑工程及农业经济都有很大影响。三.毛细水上升机理及上

2、升高度与速度:1）在毛细管内的水柱,由于湿润现象使弯液面呈内凹状时,水柱的表面积就增加了,这时由于管壁与水分子之间的引力很大,促使管内的水柱升高,从而改变弯液面形状,缩小表面积,降低表面自由能。但当水柱升高改变了弯液面的形状时,管壁与水之间的湿润现象又会水柱面恢复为内凹的弯液面状。这样周而复始,使毛细管内的水柱上升,直到升高的水柱重力和管壁与水分子间的引力所产生的上举力平衡为止。2)毛细水上升最大高度：3)在较粗颗粒土中，毛细水上升一开始进行得很快，以后逐渐减慢，而细颗粒土中毛细水上升高度较大，但速度较慢.毛细压力：土粒接触面间的毛细水由于湿润

3、作用形成弯液面，在水和空气分界面上产生的表面张力是沿着弯液面切线方向作用的，它促使土粒互相靠拢，在土粒的接触面上就产生一个压力，称为毛细压力。四.土的冻结冻土根据其冻融情况可以分为：季节性冻土、隔年冻土和多年冻土季节性冻土：冬季冻结、夏季全部融化的冻土隔年冻土：冬季冻结、一二年不融化的土层多年冻土：冻结状态持续3年或3年以上的土层冻土现象：在冻土地区，随着冻结和融化会发生特殊的现象，称为冻土现象。冻胀现象：粘性土层在冻结时，往往会发生土层体积膨胀，使地面隆起成丘，称为冻胀现象。冻融现象：土层解冻融化后，由于土中含水量增加，且地基细粒土排水能力差

4、，土层处于饱和状态，土层软化，强度大大降低，称为冻融现象。冻土现象及其对工程的危害冻土现象是由冻结和融化两种作用引起。冻结时，往往发生土层体积膨胀使地面隆起成丘，形成冻胀；土层发生冻胀的原因，不仅是由于水分冻结成冰时其体积要增大9%的缘故，而主要是由于土层冻结时，周围未冻结区土中的水分会向表层冻结区迁移集聚，使冻结区土层中水分增加，冻结后的冰晶体不断增大，土体积也随之发生膨胀隆起；当冻胀土层融化后，土中含水量大大增加，加之细粒土排水能力差，土层处于饱和状态，强度大大降低，在车辆荷载作用下，极易造成路面的破坏。冻胀机理及影响因素1）冻胀机理当大气

5、温度降到负温时，土层中温度也随之降低，土孔隙中的自由水首先在00c时冻结成冰晶体。随着气温的继续下降，弱结合水的最外层也开始冻结，使冰晶体逐渐扩大，这样使冰晶体周围土结合水膜减薄，土粒就产生剩余的分子引力。另外，由于结合水膜的减薄，使得水膜中的离子浓度增加（因为结合水中的水分子结成冰晶体，使离子浓度相应增加），这样，就产生渗附压力（即当两种水溶液的浓度不同时，会在它们之间产生一种压力差，使浓度较小溶液中的水向浓度较大的溶液渗流）。在这两种引力作用下，附近未冻结区水膜较厚处的结合水，被吸引到冻结区的水膜较薄处。一旦水分被吸引到冻结区后，因为负温作

6、用，水即被冻结，使冰晶体增大，而不平衡引力继续存在。若未冻结区存在着水源（如地下水距冻结区很近）及适当的水源补给通道（即毛细通道），能够源源不断地补充被吸引的结合水，则未冻结区的水分就会不断地向冻结区迁移积聚，使冰晶体扩大，在土层中形成冰夹层，土体积发生隆胀，即冻胀现象。这种冰晶体的不断增大，一直要到水源的补给断绝后才停止。冻胀机理温度结合水迁移学说自由水结冰弱结合水冻结结合水膜变薄土粒产生剩余分子引力水膜中离子浓度增加产生渗附压力未冻结区水膜厚处的结合水吸引到冻结区水膜较薄处冰晶体增大未冻结区水分不断向冻结区迁移积聚形成冰夹层冻胀未冻区存在水

7、源毛细通道2）影响冻胀的因素土的因素水的因素温度的因素在持续负温作用下，地下水位较高处的粉砂、粉土、亚粘土、轻亚粘土等土层常发生较大的冻胀危害。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第二节土的渗透性基准线12一.土的层流渗透定律（达西定律）大多数情况下，土中水的渗流属于层流，符合达西定律v——渗流速度（m/s)；k——渗透系数，（m/s)；I——水头梯度，为水头损失h与渗透路径长度L之比q——渗透流量（m3/s)或上式只适用于层流的情况,故一般只适用于中

8、砂、细砂、粉砂等，对粗砂、砾石、卵石等粗颗粒土就不适用对于密实的粘土，由于吸着水具有较大的粘滞阻力，因此，只有当水力梯度达到某一数值后，克服了吸着水的