第3講 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律ppt課件.ppt

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1、第三講第2章土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律主要內(nèi)容§2.1土中毛細(xì)水及其對(duì)工程的影響§2.2土的滲透性§2.3動(dòng)水壓力及流砂現(xiàn)象§2.4流網(wǎng)及其作用§2.1土中毛細(xì)水及其對(duì)工程的影響土是具有連續(xù)孔隙的介質(zhì)，水在重力作用下可以穿過(guò)土的孔隙而發(fā)生流動(dòng)。下面討論毛細(xì)作用和土中水的滲流問(wèn)題。2.1.1土層中的毛細(xì)水分布土層中的毛細(xì)水所浸潤(rùn)的范圍稱(chēng)為毛細(xì)水帶，毛細(xì)水帶分成3種。1.正常毛細(xì)水帶。位于毛細(xì)帶下部。2.毛細(xì)網(wǎng)狀水帶。位于毛細(xì)帶中部。3.毛細(xì)懸掛水帶。位于毛細(xì)帶上部。地下水位毛細(xì)上升高度(hc)毛細(xì)帶2.1.2毛細(xì)水上升原理毛細(xì)水的上升是由于液體的“表面張力”和毛細(xì)管的“濕潤(rùn)現(xiàn)象”產(chǎn)生的。2.1.3土的毛

2、細(xì)現(xiàn)象對(duì)工程的影響1.引起建筑物地基凍害.2.使建筑物的防潮要求更高.3.浸蝕混凝土及鋼筋.4.使土層沼澤化.浸潤(rùn)線流線等勢(shì)線下游上游土壩蓄水后水透過(guò)壩身流向下游H隧道開(kāi)挖時(shí)，地下水向隧道內(nèi)流動(dòng)在水位差作用下，水透過(guò)土體孔隙的現(xiàn)象稱(chēng)為滲透§2.2土的滲透性2.2.1土的層流滲透定律一、達(dá)西定律1856年法國(guó)學(xué)者Darcy對(duì)砂土的滲透性進(jìn)行研究結(jié)論：水在土中的滲流量與過(guò)水?dāng)嗝婧退^成正比，與滲流路徑成正反比。速度與試樣的水力梯度成正比v=Q/A=ki達(dá)西定律水力梯度，即沿滲流方向單位距離的水頭損失Q=（kAh）/L二、達(dá)西定律適用范圍與起始水力坡降達(dá)西定律討論：砂土的滲透速度與水力梯度呈線性關(guān)

3、系密實(shí)的粘土，需要克服結(jié)合水的粘滯阻力后才能發(fā)生滲透;同時(shí)滲透系數(shù)與水力坡降的規(guī)律還偏離達(dá)西定律而呈非線性關(guān)系ib起始水力坡降虛直線簡(jiǎn)化達(dá)西定律適用于層流，不適用于紊流v=kiivO砂土0iv密實(shí)粘土2.2.2滲透系數(shù)及其確定方法一、實(shí)驗(yàn)室測(cè)定法時(shí)間t內(nèi)流出的水量1.常水頭試驗(yàn)————整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中水頭保持不變適用于透水性大（k>10-3cm/s）的土，例如砂土。hAtQLk=2.變水頭試驗(yàn)————整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程水頭隨時(shí)間變化截面面積a任一時(shí)刻t的水頭差為h，經(jīng)時(shí)段dt后，細(xì)玻璃管中水位降落dh，在時(shí)段dt內(nèi)流經(jīng)試樣的水量dV=－adh在時(shí)段dt內(nèi)流經(jīng)試樣的水量dV=kiAdt=kAh/Ldt

4、管內(nèi)減少水量＝流經(jīng)試樣水量－adh=kAh/Ldt分離變量積分適用于透水性差，滲透系數(shù)小的粘性土二、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定法現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定法滲透系數(shù)的方法有野外注水試驗(yàn)和野外抽水試驗(yàn)1.抽水試驗(yàn)井點(diǎn)布置根據(jù)實(shí)驗(yàn)地的水文地質(zhì)特征,在典型地點(diǎn)布置一抽水井及若干個(gè)觀測(cè)井,組成實(shí)驗(yàn)網(wǎng).2.滲透系數(shù)計(jì)算三、經(jīng)驗(yàn)估算法1.哈森有效粒徑公式:2.太沙基公式:22102edK×=210dK=四、影響滲透系數(shù)的因數(shù)1.土粒大小與級(jí)配細(xì)粒含量愈多，土的滲透性愈小，例如砂土中粉粒及粘粒含量愈多時(shí)，砂土的滲透系數(shù)就會(huì)大大減小。2.土的密實(shí)度3.水的動(dòng)力粘滯系數(shù)同種土在不同的密實(shí)狀態(tài)下具有不同的滲透系數(shù)，土的密實(shí)度增大，孔隙比降低，土的

5、滲透性也減小。動(dòng)力粘滯系數(shù)隨水溫發(fā)生明顯的變化。水溫愈高，水的動(dòng)力粘滯系數(shù)愈小，土的滲透系數(shù)則愈大。4.土中封閉氣體含量土中封閉氣體阻塞滲流通道，使土的滲透系數(shù)降低。封閉氣體含量愈多，土的滲透性愈小。?T、?20分別為T(mén)℃和20℃時(shí)水的動(dòng)力粘滯系數(shù)，可查表四、例題分析【例】設(shè)做變水頭滲透試驗(yàn)的粘土試樣的截面積為30cm2，厚度為4cm，滲透儀細(xì)玻璃管的內(nèi)徑為0.4cm，試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)的水位差為160cm，經(jīng)時(shí)段15分鐘后，觀察得水位差為52cm，試驗(yàn)時(shí)的水溫為30℃，試求試樣的滲透系數(shù)【解答】已知試樣截面積A=30cm，滲徑長(zhǎng)度L=4cm，細(xì)玻璃管的內(nèi)截面積h1=160cm，h2=52cm，△t

6、=900s試樣在30℃時(shí)的滲透系數(shù)§2.3動(dòng)水壓力和流沙現(xiàn)象2.3.1動(dòng)水力的計(jì)算公式1.滲透力——滲透水流施加于單位土粒上的拖曳力h2h1h21L沿水流方向放置兩個(gè)測(cè)壓管，測(cè)壓管水面高差h水流流經(jīng)這段土體，受到土顆粒的阻力，阻力引起的水頭損失為h土粒對(duì)水流的阻力應(yīng)為土樣面積根據(jù)牛頓第三定律，試樣的總滲流力J和土粒對(duì)水流的阻力F大小相等，方向相反作用于單位土體的動(dòng)水壓力說(shuō)明：滲透力j是滲流對(duì)單位土體的作用力，是一種體積力，其大小與水力坡降成正比，作用方向與滲流方向一致，單位為kN/m3滲透力的存在，將使土體內(nèi)部受力發(fā)生變化，這種變化對(duì)土體穩(wěn)定性有顯著的影響abc滲透力方向與重力一致，促使土體

7、壓密、強(qiáng)度提高，有利于土體穩(wěn)定滲流方向近乎水平，使土粒產(chǎn)生向下游移動(dòng)的趨勢(shì)，對(duì)穩(wěn)定不利滲流力與重力方向相反，當(dāng)滲透力大于土體的有效重度，土粒將被水流沖出wDiTGg==2.3.2流砂、管涌和臨界水利梯度滲透水流將土體的細(xì)顆粒沖走、帶走或局部土體產(chǎn)生移動(dòng)，導(dǎo)致土體變形—————滲透變形問(wèn)題（流砂和管涌）1.流砂——在滲流作用下，局部土體表面隆起，或某一范圍內(nèi)土粒群同時(shí)發(fā)生移動(dòng)的現(xiàn)象流土發(fā)生于地基或土壩下游滲流出