土力学和土质学课件第2章ppt

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1、土力学和土质学(第2章）土中水的运动规律——工程背景土中水并非处于静止不变的状态，而是运动着的。土中水的运动原因和形式很多，例如：●在重力的作用下，地下水流动（渗透问题）；●由于表面现象产生的水分移动（毛细现象）；●在土颗粒分子引力作用下结合水移动（冻结）；●由于孔隙离子浓度的差别产生的渗附现象。土中水运动对许多工程实践问题，如流砂、冻胀、渗透固结、渗透时边坡稳定等。第2章土中水的运动规律学习要求：掌握土的渗透定律与渗透力计算方法，具备对地基渗透变形进行正确分析的能力。1．掌握土的渗透定律、土中渗流量计算；

2、2.了解二维渗流及流网绘制、掌握土中水的渗透力与地基渗透变形分析.基本内容：2.1土的毛细性2.2土的渗透性2.3动水压力及流砂现象2.4流网及其应用2.1土的毛细性土的毛细性是指能够产生毛细现象的性质。土的毛细现象是指土中水在表面张力作用下，沿着细的孔隙向上及其它方向移动的现象。毛细现象在以下四个方面对工程有影响：（1）毛细水的上升是引起路基冻害因素之一；（2）对建筑毛细水上升引起地下室过分潮湿；（3）毛细水的上升可能引起土地的沼泽化和盐渍化；（4）当地下水有浸蚀性时，毛细水上升对建筑物和构筑物的基础中的

3、混凝土、钢筋等形成浸蚀作用。土层中毛细水分布土层中由于毛细现象所润湿的范围称为毛细水带，根据其形成条件和分布状况分成3带：（1）正常毛细水带（毛细饱和带）。位于毛细水带的下部，与地下潜水相通。主要是由潜水面直接上升而形成的。随水位升降而移动。（2）毛细网状水带。位于毛细水带的中部，可在表面张力和重力作用下移动。（3）毛细悬挂水带。位于毛细水带的上部，主要是由地表水渗入而成的。在重力作用下移动。地下水上升原理由于液体与空气的分界面上存在着表面张力，因而在液体表面表面任意划一条线，线两侧的液体都会和拢；另外，毛

4、细管管壁的分子和水分子之间有引力作用，这个引力使与管壁接触部分的水面呈向上弯曲状，这种现象称为~毛细水的上升是由于液体的“表面张力”和毛细管的“湿润现象”产生的。2.2土的渗透性※存在于地基中的地下水，在一定的压力差作用下，将透过土中孔隙发生流动，这种现象称为渗流或渗透。※下面讨论四个问题：1.渗透模型；2.层流渗透定律；3.渗透系数的确定；4.动水压力及流砂现象。渗透模型(1)模型的流量等于真实的流量；(2)模型的压力等于真实的压力(3)模型所受到的阻力与真实渗流所受到的阻力相等。考虑到实际工程可对渗流作

5、如下简化：一是不考虑渗流路径的迂回曲折；二是不考虑土体中颗粒的影响，这种假想的渗流模型对于渗透速度，用单位时间内通过土体单位面积的水量这种平均渗透速度来代替真实速度。层流渗透定律装置中①是面积为A的直立圆筒，其侧壁装有两支相距为L的侧压管。滤板②填放颗粒均匀的砂土。水由上端注入圆筒，多余的水从溢水管③溢出，使筒内的水位维持恒定。渗透过砂层的水从短水管④流入量杯⑤中，并以此来计算渗流量Q。得出：流量Q与过水面积A和水头（h1-h2）成正比与渗透路径L成反比，即达西定律：Q=KA(h1-h2)/L达西渗透实验装

6、置达西定律的适用范围达西定律是由砂质土体实验得到的，后来推广应用于其他土体如粘土和具有细裂隙的岩石等。(a)细粒土的v-i关系(b)粗粒土的v-i关系①砂土、一般粘土;②颗粒极细的粘土渗透系数的确定渗透系数k是综合反映土体渗透能力的一个指标，其数值的正确确定对渗透计算有着非常重要的意义。影响渗透系数大小的因素很多，主要取决于土体颗粒的形状、大小、不均匀系数和水的粘滞性等，要建立计算渗透系数k的精确理论公式比较困难，通常可通过试验方法(包括实验室测定法和现场测定法)或经验估算法来确定k值。实验室测定法a常水

7、头试验装置;b.变水头试验装置。k>10-3为细砂到中等卵石;透水性较小(10-7

8、中流动的过程中将受到土阻力的作用，使水头逐渐损失。同时，水的渗透将对土骨架产生拖曳力，导致土体中的应力与变形发生变化。这种渗透水流作用对土骨架产生的拖曳力称为~。用GD表示(kN/m3)。※在许多水工建筑物、土坝及基坑工程中，渗透力的大小是影响工程安全的重要因素之一。实际工程中，也有过不少发生渗透变形(流砂或管涌)的事例，严重的使工程施工中断，甚至危及邻近建筑物与设施的安全。因此，在进行工程设计与施工时，对渗透力