第2章土的渗透性和渗流问题ppt课件.ppt

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1、第2章土的渗透性及渗透稳定§2.1概述§2.2土的渗透定律--达西定律§2.3渗透系数的确定§2.4渗透系数的影响因素§2.5成层土的渗透系数§2.6二维渗流与流网§2.7渗透力及渗透变形一、几个概念土颗粒土中水渗流渗透特性强度特性变形特性§2.1概述1.渗流：水在重力作用下，透过土体发生运动，这一现象称为渗流。2.土的渗透性：土体被水透过的性质。3.产生原因：土三相结构中存在孔隙通道，不同位置水质点存在能量差。1.土石坝坝基坝身渗流：二、几个工程实例浸润线透水层不透水层渗流量渗透变形｛2.板桩围护下的基坑渗流：基坑透水层不透水层渗流量渗透变

2、形｛板桩墙渗流时地下水位3.渠道渗流：渗流量透水层不透水层天然水面4.水井渗流：漏斗状潜水面Q层流：流体在管内流动时，其质点沿着与管轴平行的方向作平滑直线运动。恒定流-----水力要素不随时间发生变化。非恒定流-----水力要素随时间的变化而发生变化。均匀流-----在恒定流中,当水力要素不随空间坐标发生变。非均流-----水力要素沿空间坐标发生变化的水流,流线不再是相互平行的直线。紊流：当流速增加到很大时，流线不再清楚可辨，流场中有许多小漩涡，称紊流。补充：水力学中几个概念§2.2土的渗透定律--达西定律※渗流现象与渗流模型1.土中水渗流的

3、实际状况与轨迹、影响因素。2.渗流模型不考虑路径、只分析主要流向不考虑颗粒间孔隙，以全部空间为研究对象土颗粒土中水渗流这样，土中水流可以看做是连续空间内的连续介质运动，象渠道、管道中的水流。假设后的渗流模型还应符合下述特征：渗流A①在同一过水断面，渗流模型的流量等于真实渗流量；②在任意界面上，渗流模型的压力等于真实渗流压力；③在相同体积内，渗流模型所受阻力等于真实渗流所受阻力。3.结论。依据以上假设，某过水断面A上的渗流速度为：注意：①过流面积是A中的孔隙面积ΔA；②是假想的平均流速，而不是真实的流速；③由于：以及所以：4.以静水为例介绍几个

4、概念：zA00ABu0pazB基准面静水①位置水头：某点到基准面的竖直距离，代表单位重量液体从基准面算起所具有位置势能。②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。③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。注意：在静止液体中各点的测管水头相等。00基准面质量m压力u流速vz§2.2.1渗流实验与达西定律（1）渗流中的水头位置势能：mgz压力势能：动能：总能量：总水头：单位重量水体所具有的能量，是水流动的驱动力。V—值很小，能量构成可忽略。渗流为水体的流动，

5、应满足液体流动的三大基本方程：连续性方程、能量方程、动量方程。ABLhAzA基准面位置水头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，忽略不计渗流的总水头：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。注意：A、B点总水头可表示为：（2）水力梯度U—孔隙水压力，静水中即静水压力。A、B两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。※水力梯度i：单位渗流长度上的水头损失。土中水在孔隙中渗流时，会因“阻力”在沿程造成能量损失，为了验证这一现象，1856年

6、达西在研究城市供水问题时进行了渗流试验（如图），得到了能量损失与渗流速度之间的关系。A（3）渗透试验和达西定律以上两式即为：达西定律。达西定律：在层流状态的渗流中，某断面单位时间的渗流量（或渗透速度）与水力坡降成正比，并与土的性质有关。注意：①渗透系数k:反映土的透水性能的系数，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。②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。试验要求：①上部水面保持恒定；②测压管水头不变；③砂土中的渗流为恒定流。适用条件：水力学：层流、均匀流；土力学：流速较小时，恒定流

7、。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态，渗流不再服从达西定律。2.01.51.00.50流速(m/h)00.51.01.52.02.5达西定律适用范围水力坡降砾石粗砂中砂细砂极细砂§2.2.2达西定律的适用范围两种特例粘土颗粒渗流结合水膜在很粗的土（如堆石体）中，当水力坡降较大时，达西定律不再适用。对致密的粘性土，存在起始水力坡降，水力坡降大于时，达西定律仍适用。常水头试验法变水头试验法井孔抽水试验井孔注水试验§2.3渗透系数的确定“k”值的影响因素很多，建立理论公

8、式比较困难，一般为试验或经验确定。经验估算法室内试验方法野外试验方法K值的确定方法：§2.3.1室内实验法1）常水头法：试验装置：如图在整个试验过程中，水头保持不变