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)飽和土中的兩點存在能量差時，水就在土的孔隙中從能量高的點向能量低的點流動。滲　流：水在土體中流動的現(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中的位能和動能?！　∷^：單位重量水體所具有的能量?！　“?/p>

2、照伯努里方程，液流中一點的總水頭　　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。測管水頭：位置水頭與壓力水頭之和h=z+u/gw測管水頭代表的是單位重量液體所具有的總勢能伯努里方程用于土中滲流時有兩點需要指出：(1)飽和土體中兩點間是否出現(xiàn)滲流，完全是由總水頭差決定。只有當(dāng)兩點間的總水頭差時，才會發(fā)生水從總水頭高的點向總水頭低的點流動。(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，為簡便起見可以忽略。滲流中任一點的總水頭就可用測管水頭來代替。水力坡降　　由于滲流過程中存在能量損失，測管水頭線沿滲流方向下降。兩點間的水頭損失，可用一無量綱的形式來表示，即i=Dh/L　　i稱為水力坡降，L為兩點間的滲流路徑，　　水力坡降的物理意義為單位滲流長度上的水頭損失。(二)達(dá)西定律與滲透試驗　　達(dá)西根據(jù)對不同尺寸的圓筒和不同類型及長度的土樣所進(jìn)行的試驗發(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際平均流速。因為公式推導(dǎo)中采用的是土樣的整個斷面積，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，故真實的過水面積Av應(yīng)小于A，從而實際平均流速認(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)的測定和影響因素　　滲透系數(shù)k是一個代表土的滲透性強弱的定量指標(biāo)，也是滲流計算時必須用到的一個基本參數(shù)。不同種類的土，A值差別很大。因此，準(zhǔn)確地測定土的滲透系數(shù)是一項十分重要的工作。(一)滲透系數(shù)的測定方法滲透系數(shù)的測定方法主要分實驗室內(nèi)測定和野外現(xiàn)場測定兩大類。1．實驗室測定法　　目前在實驗室中測定滲透系數(shù)k的試驗方法很多，但從試驗原理上大體可分為常水頭法和變水頭法兩種。2．現(xiàn)

6、場測定法　　現(xiàn)場研究場地的滲透性，進(jìn)行滲透系數(shù)k值測定時，常用現(xiàn)場并孔抽水試驗或井孔注水試驗的方法。常水頭試驗　　適用于測定透水性大的砂性土的滲透系數(shù)。變水頭試驗　　適用于測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，用常水頭試驗不易準(zhǔn)確測定。(二)影響滲透系數(shù)的因素1．土的性質(zhì)對k值的影響　　(1)粒徑大小與級配；(2)孔隙比；(3)礦物成分；(4)結(jié)構(gòu)；(5)飽和度。尤以前兩項，即粒徑大小和孔隙比對k的影響最大。2．滲透水的性質(zhì)對k值的影響　　水的性質(zhì)對滲透系數(shù)k值的影響主要是由于粘滯度不同所引起。溫度高時，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