土的滲透性與滲流2

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1、第3章土的滲透性及滲流土的滲透性、滲透系數(shù)土中二維滲流及流網(wǎng)滲透破壞與控制主要內(nèi)容第3章土的滲透性及滲流達(dá)西定律滲透系數(shù)及其確定方法熟悉流網(wǎng)滲透力與滲透變形滲流工程問題與處理措施重點掌握內(nèi)容§3.1概述浸潤線流線等勢線下游上游土壩蓄水后水透過壩身流向下游H隧道開挖時，地下水向隧道內(nèi)流動在水位差作用下，水透過土體孔隙的現(xiàn)象稱為滲透相互關(guān)聯(lián)相互影響滲透在水位（頭）差作用下，水透過土體孔隙的現(xiàn)象滲透性土體具有被液體透過的性質(zhì)土的強度土的變形土的滲流滲透性研究的三個方面滲流量問題滲透破壞問題滲流控制問題§3.

2、2土的滲透性(達(dá)西定律)3.2.2土的層流滲透定律1856年法國學(xué)者Darcy對砂土的滲透性進(jìn)行研究結(jié)論：水在土中的滲透速度與試樣的水力梯度成正比v=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1、達(dá)西定律i=h/Lk滲透系數(shù)cm/s砂土的滲透速度與水力梯度呈線性關(guān)系v=kiivO砂土v=kiq=kAik是反映土體透水能力大小的綜合性指標(biāo)k越大土的透水能力越強i=h/L滲透定律2、達(dá)西定律適用范圍與起始水力坡降密實的粘土，需要克服結(jié)合水的粘滯阻力后才能發(fā)生滲透;同時滲透系數(shù)與水力坡降的規(guī)律還偏

3、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化達(dá)西定律適用于層流，不適用于紊流0iv密實粘土V=k(i-ib)討論砂土、粘性土：?小水流為層流，滲透規(guī)律符合達(dá)西定律，?-i為線性關(guān)系粗粒土：i小、?大水流為層流，滲透規(guī)律符合達(dá)西定律，?-i為線性關(guān)系i大、?大水流為紊流，滲透規(guī)律不符合達(dá)西定律，?-i為非線性關(guān)系§3.2.3滲透試驗與滲透系數(shù)1、滲透試驗（室內(nèi)）時間t內(nèi)流出的水量常水頭試驗—整個試驗過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。Q=qtk=QL/Aht2.

4、變水頭試驗————整個試驗過程水頭隨時間變化截面面積a任一時刻t的水頭差為h，經(jīng)時段dt后，細(xì)玻璃管中水位降落dh，在時段dt內(nèi)流經(jīng)試樣的水量dQ=－adh在時段dt內(nèi)流經(jīng)試樣的水量dQ=kiAdt=kAh/Ldt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3、影響滲透系數(shù)的主要因素(1)土的粒度成分土粒愈粗、大小愈均勻、形狀愈圓滑，滲透系數(shù)愈大細(xì)粒含量愈多，土的滲透性愈小，(2)土的密實度土的密實度增大，孔隙比降低，土的滲透性也減小土愈密實滲透系數(shù)

5、愈小土的飽和度愈低，滲透系數(shù)愈小(4)土的結(jié)構(gòu)擾動土樣與擊實土樣，土的滲透性比同一密度原狀土樣的小(3)土的飽和度(5)水的溫度(水的動力粘滯系數(shù))水溫愈高，水的動力粘滯系數(shù)愈小土的滲透系數(shù)則愈大(6)土的構(gòu)造水平方向的?h>垂直方向?v?T、?20分別為T℃和20℃時水的動力粘滯系數(shù)，可查表4、滲透系數(shù)k的經(jīng)驗確定方法潔凈不含細(xì)粒土的松砂k=1.0-1.5(d10)2黏性土k=C3(en/1+e)較密實、擊實砂土k=0.35(d15)2（1）與層面平行的滲流的情況(水平滲透系數(shù))H1H2H3k1k2

6、k3Hq1xq2xq3xqx通過整個土層的總滲流量qx應(yīng)為各土層滲流量之總和5、成層土的等效滲透系數(shù)H1H2H3k1k2k3Hq1xq2xq3xqx達(dá)西定律整個土層與層面平行的滲透系數(shù)平均滲透系數(shù)(2)垂直滲透系數(shù)H1H2H3k1k2k3H根據(jù)水流連續(xù)定理，通過整個土層的滲流量等于通過各土層的滲流量q3yq2yq1yqy各土層的相應(yīng)的水力坡降為i1、i2、…、in，總的水力坡降為i總水頭損失等于各層水頭損失之和代入H1H2H3k1k2k3H垂直滲透系數(shù)q3yq2yq1yqy整個土層與層面垂直的滲透系數(shù)

7、Kx近似由最不透水(最小)的一層滲透系數(shù)和厚度控制由最透水(最大)的一層滲透系數(shù)和厚度控制Ky近似水平向Kx>垂直向Ky成層土:四、例題分析例設(shè)做變水頭滲透試驗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，試驗開始時的水位差為160cm，經(jīng)時段15分鐘后，觀察得水位差為52cm，試驗時的水溫為30℃，試求試樣的滲透系數(shù)解已知試樣截面積A=30cm，滲徑長度L=4cm，細(xì)玻璃管的內(nèi)截面積h1=160cm，h2=52cm，△t=900s試樣在30℃時的滲透系數(shù)§3.3土中

8、二維滲流及流網(wǎng)3.3.1二維滲流方程拉普拉斯方程(平面穩(wěn)定滲流的基本方程式)a′不透水層abb′sscHEz1h1zE3.3.2流網(wǎng)特征與繪制數(shù)學(xué)解析法電模擬法數(shù)值法拉普拉斯方程表明,滲流場內(nèi)任意點水頭是坐標(biāo)位置的函數(shù)h=f(x,z)求解拉氏方程四種方法:圖解法知道了水頭分布,即可確定滲流場的其他特征水頭梯度i滲透壓力J滲流場滲流量q孔隙水壓力u流速v1.流網(wǎng)的特征等勢線滲流場中勢能或水頭的等值線流網(wǎng)流線水質(zhì)點的流動路線流線等勢線組成的曲線正交網(wǎng)格a′不