第2章_土的滲透性與土中滲流課件

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1、第二章土的滲透性與滲流§2.1土中滲流的工程意義§2.2滲流理論§2.3流網(wǎng)及其工程應(yīng)用§2.4土中滲流的作用力及滲透變形§2.1土中滲流的工程意義返回一、工程滲流研究的課題二、滲流理論及分析計(jì)算方法發(fā)展地下水——地表下巖、土中的水滲流——水在巖、土體孔隙中流動(dòng)一、工程滲流研究的課題1、水在多孔介質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)2、水對(duì)多孔介質(zhì)及結(jié)構(gòu)的作用3、水的運(yùn)動(dòng)與多孔介質(zhì)的變形間的相互影響返回1、水在多孔介質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)水利工程——堤、閘、壩基滲流；土壩、堤身滲流基坑——基坑內(nèi)降水、周?chē)邓Y源與環(huán)境——抽水問(wèn)題、污水運(yùn)動(dòng)、城市地下開(kāi)發(fā)引起的地下水變化、水庫(kù)浸沒(méi)關(guān)鍵

2、詞：水頭、水壓力、流速、流量、浸潤(rùn)線等返回北江大堤堤基強(qiáng)透水層滲流堤后地下高承壓水2、水對(duì)多孔介質(zhì)及結(jié)構(gòu)的作用水利工程——壩基揚(yáng)壓力、滲透破壞、堤基滲漏、管涌流土基坑——支護(hù)的水壓力、底拱地下結(jié)構(gòu)——浮力土質(zhì)邊坡——水位驟變、降雨或水管破裂引起邊坡破壞關(guān)鍵詞：水力坡降、土及結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、穩(wěn)定性等北江大堤石角段管涌及水井冒砂潮州供水樞紐電廠基坑減壓排水抗突涌開(kāi)挖8m深出現(xiàn)基坑突涌點(diǎn)減壓排水后開(kāi)挖18m深砂沸流砂引起的坡腳沉降開(kāi)裂用反濾方法治理砂沸北江大堤石角段新會(huì)雙水電廠工地退潮水位下降，引起岸坡大面積滑入河中返回3、水的運(yùn)動(dòng)與多孔介質(zhì)的變形間的相互影

3、響土的固結(jié)——加載、排水與土的變形關(guān)系土的強(qiáng)度——孔隙水壓力與強(qiáng)度的關(guān)系環(huán)境——地下水位下降引起地面沉降關(guān)鍵詞：孔隙水壓力、沉降、有效應(yīng)力、加載與排水過(guò)程這一問(wèn)題貫穿土力學(xué)課程始終軟土地區(qū)大面積填土引起的地面沉降真空預(yù)壓處理加速固結(jié)沉降返回二、滲流理論及分析計(jì)算方法發(fā)展1852年Darcy（達(dá)西）定律1863年Dupuit（裘布依）假設(shè)；緩變流、完整井公式；1925年Terzaghi（太沙基）提出有效應(yīng)力概念和一維固結(jié)理論；1932年Muskat穩(wěn)定承壓不完整井公式1941年Biot（比奧）提出比奧固結(jié)理論1950年Bear推出滲流連續(xù)性方程早期計(jì)

4、算方法：簡(jiǎn)單解析解，流網(wǎng)、電模擬50年代后，由數(shù)學(xué)發(fā)展，導(dǎo)致較多解析解，近似解。80年代，數(shù)值方法發(fā)展起來(lái)；90年代，非飽和滲流理論發(fā)展。返回§2.2滲流理論一、常用關(guān)鍵詞二、土的滲透定律——達(dá)西定律三、滲透試驗(yàn)四、影響滲透系數(shù)的因素五、層狀地基的等效滲透系數(shù)返回一、常用關(guān)鍵詞水在土孔隙中滲透流動(dòng)的性能稱(chēng)為土的滲透性，或稱(chēng)透水性。滲透性滲透速度滲流水頭水力坡降在單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)土的單位斷面面積的距離（水量）。驅(qū)動(dòng)水在土中流動(dòng)的水頭，采用水力學(xué)的測(cè)壓管水頭，包含位置水頭和壓力水頭，忽略動(dòng)能部分。單位流程長(zhǎng)度上總水頭線的降低值稱(chēng)為水力坡度，驅(qū)使水在土中運(yùn)

5、動(dòng)。滲透速度在單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)土的單位斷面面積的水量：v=Q/A或v=dQ/dAΔQΔA=ΔxΔz滲透速度是名義量，單位是cm/s，v=Q/A與實(shí)際流速數(shù)值不同。1、水質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度2、孔隙中平均流速3、實(shí)際平均流速4、水壓力傳遞速度ΔQΔA=ΔxΔz與滲透速度不同的幾個(gè)速度定義水質(zhì)點(diǎn)真實(shí)運(yùn)動(dòng)速度，方向及大小均難以量測(cè)。在單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)土的單位斷面中孔隙面積的水量：v'=Q/(n·A)或v'=dQ/(n·dA)水在單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)的空間距離：v"=dS/dt=Q/(ne·A)，可通過(guò)示蹤方法測(cè)出。ne為“有效孔隙率”，是虛擬量。上限為應(yīng)力波（聲波）傳遞

6、速度，與滲透系數(shù)及土的壓縮性有關(guān)?？紫堵?、有效孔隙率與滲透系數(shù)土類(lèi)孔隙率n有效孔隙率ne滲透系數(shù)k(cm/s)砂質(zhì)礫礫質(zhì)砂中砂粉砂砂壤土粘壤土粉質(zhì)粘土0.25～0.350.28～0.350.30～0.380.33～0.400.35～0.450.40～0.550.45～0.650.20～0.250.15～0.200.10～0.150.08～0.120.05～0.100.03～0.080.02～0.053x10-1～5x10-21x10-1～2x10-24x10-2～1x10-22x10-2～1x10-35x10-3～1x10-45x10-4～1x10

7、-6≈10-6滲流水頭總水頭：H=z+p/γ+u2/2g測(cè)壓管水頭：H=z+p/γz為位置水頭，可任意選定基準(zhǔn)面。p/γ為壓力水頭。p=γ(H-z)滲流水頭一般取測(cè)壓管水頭滲流場(chǎng)中各點(diǎn)水頭H構(gòu)成一個(gè)標(biāo)量場(chǎng)：均勻滲流場(chǎng)中H1、H2為同一流線上兩點(diǎn)處的水頭值，l為兩點(diǎn)間距水不是向位置低處流，是向水頭低處流！水力坡度i為一個(gè)矢量：方向?yàn)樗^下降最快的方向，大小為在該方向單位距離的下降量：水力坡度(坡降)沿流動(dòng)方向管流→返回二、土的滲透定律——達(dá)西定律由達(dá)西試驗(yàn)可得：k——滲透系數(shù)按滲透速度和水力坡度的定義，可得：推廣到一般情況：達(dá)西滲透試驗(yàn)沿流動(dòng)方向管流

8、→在砂土中水的流動(dòng)符合達(dá)西定律（圖中a線）在粘性土中，當(dāng)水力梯度達(dá)到一定量值i1后才開(kāi)始發(fā)生滲流。i1為起始梯度。（圖中b