2土的滲透性和土中滲流

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1、土的滲透性和土中滲流　　當(dāng)飽和土中的兩點(diǎn)存在能量差時(shí)，水就在土的孔隙中從能量高的點(diǎn)向能量低的點(diǎn)流動(dòng)。滲　流：水在土體中流動(dòng)的現(xiàn)象。滲透性：土具有被水等液體透過的性質(zhì)。滲透研究的內(nèi)容：1.滲流量問題。2.滲透變形(滲透破壞)問題3.滲流控制問題土的滲透性一、土的滲透定律——達(dá)西定律（H.Darcy,1856）　　(一)滲流中的總水頭與水力坡降　　液體流動(dòng)必須滿足的條件：　　連續(xù)原理　　液流的能量方程，即伯努里(D．Bernoulli)方程　　為了研究的方便，常用水頭的概念來研究水體流動(dòng)中的位能和動(dòng)能。　　水頭：?jiǎn)挝恢亓克w所具有的能量?！　“?/p>

2、照伯努里方程，液流中一點(diǎn)的總水頭　　由三部分組成：　　1.位置水頭z　　2.壓力水頭u/gw　　3.流速水頭v2/2gh=z+u/gw+v2/2g由于土中滲流阻力大，流速v在一般情況下都很小，因而形成的流速水頭很小，可以忽略。測(cè)管水頭：位置水頭與壓力水頭之和h=z+u/gw測(cè)管水頭代表的是單位重量液體所具有的總勢(shì)能伯努里方程用于土中滲流時(shí)有兩點(diǎn)需要指出：(1)飽和土體中兩點(diǎn)間是否出現(xiàn)滲流，完全是由總水頭差決定。只有當(dāng)兩點(diǎn)間的總水頭差時(shí)，才會(huì)發(fā)生水從總水頭高的點(diǎn)向總水頭低的點(diǎn)流動(dòng)。(2)由于土中滲流阻力大，故流速v在一般情況下都很小，因而形成

3、的流速水頭也很小，為簡(jiǎn)便起見可以忽略。滲流中任一點(diǎn)的總水頭就可用測(cè)管水頭來代替。水力坡降　　由于滲流過程中存在能量損失，測(cè)管水頭線沿滲流方向下降。兩點(diǎn)間的水頭損失，可用一無量綱的形式來表示，即i=Dh/L　　i稱為水力坡降，L為兩點(diǎn)間的滲流路徑，　　水力坡降的物理意義為單位滲流長(zhǎng)度上的水頭損失。(二)達(dá)西定律與滲透試驗(yàn)　　達(dá)西根據(jù)對(duì)不同尺寸的圓筒和不同類型及長(zhǎng)度的土樣所進(jìn)行的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),滲出量Q與圓筒斷面積A和水力坡降i成正比，且與土的透水性質(zhì)有關(guān)。即寫成等式為：，上式稱為達(dá)西定律。式中，v——斷面平均滲透速度，單位mm/s或m/day；k—

4、—反映土的透水性能的比例系數(shù)，稱為土的滲透系數(shù)。它相當(dāng)于水力　　　　　坡降i＝1時(shí)的滲透速度，故其量綱與流速相同，mm/s或m/day。滲透流速v并不是土孔隙中水的實(shí)際平均流速。因?yàn)楣酵茖?dǎo)中采用的是土樣的整個(gè)斷面積，其中包括了土粒骨架所占的部分面積在內(nèi)。顯然，土粒本身是不能透水的，故真實(shí)的過水面積Av應(yīng)小于A，從而實(shí)際平均流速認(rèn)應(yīng)大于v。一般稱v為假想滲流速度v與vs的關(guān)系可通過水流連續(xù)原理建立:Vs=v/n　　為了研究的方便，滲流計(jì)算中均采用假想的平均流速。(三)達(dá)西定律的適用范圍　　達(dá)西定律是描述層流狀態(tài)下滲透流速與水頭損失關(guān)系的規(guī)律

5、，即滲流速度v與水力坡降i成線性關(guān)系只適用于層流范圍。在土木工程中，絕大多數(shù)滲流，無論是發(fā)生砂土中或一般的粘性土中，均屆于層流范圍，故達(dá)西定律均可適用。二、滲透系數(shù)的測(cè)定和影響因素　　滲透系數(shù)k是一個(gè)代表土的滲透性強(qiáng)弱的定量指標(biāo)，也是滲流計(jì)算時(shí)必須用到的一個(gè)基本參數(shù)。不同種類的土，A值差別很大。因此，準(zhǔn)確地測(cè)定土的滲透系數(shù)是一項(xiàng)十分重要的工作。(一)滲透系數(shù)的測(cè)定方法滲透系數(shù)的測(cè)定方法主要分實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測(cè)定和野外現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定兩大類。1．實(shí)驗(yàn)室測(cè)定法　　目前在實(shí)驗(yàn)室中測(cè)定滲透系數(shù)k的試驗(yàn)方法很多，但從試驗(yàn)原理上大體可分為常水頭法和變水頭法兩種。2．現(xiàn)

6、場(chǎng)測(cè)定法　　現(xiàn)場(chǎng)研究場(chǎng)地的滲透性，進(jìn)行滲透系數(shù)k值測(cè)定時(shí)，常用現(xiàn)場(chǎng)并孔抽水試驗(yàn)或井孔注水試驗(yàn)的方法。常水頭試驗(yàn)　　適用于測(cè)定透水性大的砂性土的滲透系數(shù)。變水頭試驗(yàn)　　適用于測(cè)定滲透性很小的粘性土的滲透系數(shù)。由于粘性土的滲透水量很少，用常水頭試驗(yàn)不易準(zhǔn)確測(cè)定。(二)影響滲透系數(shù)的因素1．土的性質(zhì)對(duì)k值的影響　　(1)粒徑大小與級(jí)配；(2)孔隙比；(3)礦物成分；(4)結(jié)構(gòu)；(5)飽和度。尤以前兩項(xiàng)，即粒徑大小和孔隙比對(duì)k的影響最大。2．滲透水的性質(zhì)對(duì)k值的影響　　水的性質(zhì)對(duì)滲透系數(shù)k值的影響主要是由于粘滯度不同所引起。溫度高時(shí)，水的粘滯性降低

7、，k值變大：反之k值變小。Fiveinterestingpoints:1.Thevelocityheadinsoilisnegligible2.Allheadislostinsoil3.Negativeporepressurecanexist4.Directionofflowdeterminedbytotalheaddifference5.Methodofheaddetermination*Determineelevationandtotalhead*Computethedesiredpressureheadfromthentwo三、層狀地

8、基的等效滲透系數(shù)　　大多數(shù)天然沉積土層是由滲透系數(shù)不同的層土所組成，宏觀上具有非均質(zhì)性。等效方法：?等效厚度等于各土層之和。?等效滲透系數(shù)的大小與水流的方向有關(guān)。層狀土的滲流(一