土的滲透性和滲流

《土的滲透性和滲流》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。

1、第3章土的滲透性和滲流3.1概述主要內(nèi)容：土的滲透性和滲透規(guī)律研究對(duì)象：飽和土體“土中的水并非處于靜止不變的狀態(tài)，而是運(yùn)動(dòng)著的”土的滲透性問(wèn)題土的固結(jié)問(wèn)題土的毛細(xì)現(xiàn)象凍結(jié)時(shí)水分移動(dòng)7/5/2021河灘路堤下的滲流7/5/20213.2土的滲透性和滲流定律3.2.1滲透性土孔隙中的自由水在重力作用下發(fā)生運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象。滲流模型基本假定：不考慮滲流路徑的迂回曲折，只分析它的主要流向；圖3-1滲流模型認(rèn)為孔隙和土粒所占的空間之總和均為滲流所充滿。同一過(guò)水?dāng)嗝?，滲流模型的流量等于真實(shí)滲流的流量；圖3-1滲流模型任一界面上，滲流模型的壓力與

2、真實(shí)滲流的壓力相等；相同體積內(nèi)，滲流模型所受阻力與真實(shí)滲流相等。1.滲流速度斷面面積為A，通過(guò)的滲透流流量為q，則平均流速為：v=q/A真實(shí)滲流僅發(fā)生在孔隙面積?A內(nèi)，因此真實(shí)流速為：v0=q/?A于是v/v0=?A/A=n“模型的平均流速要小于真實(shí)流速”能量是用水頭來(lái)表示，Bernoulli’sEquation：2.水頭如果忽略流速的影響，則3.水頭差(A點(diǎn)與B點(diǎn))水力梯度:單位流程總水頭的變化4.水力坡降水頭的大小隨選取的基準(zhǔn)面不同而不同；注意：最關(guān)心的不是水頭而是水頭差；水在土中的滲流是從高水頭向低水頭流動(dòng)。例3-1求：

3、（1）截面的位置水頭、壓力水頭和總水頭（2）截面之間的水頭損失和水力梯度解：5255abcabc總水頭變化：水力梯度：5255abcabc法國(guó)學(xué)者達(dá)西(Darcy),砂土實(shí)驗(yàn)結(jié)果（1852-1855）滲透速度與水頭梯度成正比：v=ki或q=kiA式中：v—滲透速度(m/s)；i—水頭梯度；k—滲透系數(shù)(m/s)；q—滲透流量(m3/s)A—截面積。圖3-4Darcy滲透定律3.2.2Darcy滲透定律7/5/2021例題3-2兩種土,土樣1位于土樣2的上部，長(zhǎng)度都是20cm,總水頭損失40cm，土樣l滲透系數(shù)為0.03cm/s

4、，土樣2水力坡降為0.5。求土樣2的滲透系數(shù)和土樣1的水力坡降。圖3-4Darcy滲透定律[解]水頭損失之和等于總水頭損失：?h1+?h2=?h=40cm根據(jù)水力坡降的概念，有i2=?h2/L2=0.5，而L2=20cm得?h2=10cm?h1=?h??h2=40?10=30cm7/5/2021[解]土樣1的水力坡降i1=?h1/L1=1.5水在土樣1和土樣2中滲流時(shí)的速度相同:v=k1i1=k2i2得k2=0.09cm/s。圖3-4Darcy滲透定律例題3-2兩種土,土樣1位于土樣2的上部，長(zhǎng)度都是20cm,總水頭損失40c

5、m，土樣l滲透系數(shù)為0.03cm/s，土樣2水力坡降為0.5。求土樣2的滲透系數(shù)和土樣1的水力坡降。7/5/2021達(dá)西定律只適用于層流適用于中砂、細(xì)砂、粉砂等粗砂、礫石、卵石等粗顆粒土不適合。圖3-5水力坡度與滲流速度關(guān)系3.2.3Darcy定律適用范圍粘土不完全符合達(dá)西定律，需進(jìn)行修正圖3-6砂土和粘土的滲透規(guī)律粘土中存在起始水頭梯度i0修正后：v=k(i-i0)圖3-6繪出砂土與粘土的比較。關(guān)于起始水力坡降是否存在也有不同觀點(diǎn)。3.2.4滲透系數(shù)的測(cè)定1.常水頭滲透試驗(yàn)圖3-7常水頭滲透試驗(yàn)則得故滲透系數(shù)為截面積為A，流

6、徑L；壓力水頭維持不變；試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，水自上而下流經(jīng)土樣；待滲流穩(wěn)走后，測(cè)得水量Q；同時(shí)讀得a、b兩點(diǎn)水頭差?h。7/5/2021常水頭滲透試驗(yàn)裝置7/5/20212.變水頭滲透試驗(yàn)圖3-8變水頭滲透試驗(yàn)土樣的截面積A，高度為L(zhǎng)儲(chǔ)水管截面積為a試驗(yàn)開(kāi)始儲(chǔ)水管水頭為h0經(jīng)過(guò)時(shí)間t后降為h1時(shí)間dt內(nèi)水頭降低dh，水量為：dQ=-adh另外dQ=kiAdt=k?(h/L)?Adt流入和流出相等：?adh=k?(h/L)?Adt由此求得滲透系數(shù)：整理并積分得即變水頭滲透試驗(yàn)裝置7/5/20213.現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)圖3-9抽水試驗(yàn)粗顆粒土或

7、成層的土，室內(nèi)試驗(yàn)時(shí)不易取得原狀土樣；小土樣不能反映天然土層的結(jié)構(gòu)性?，F(xiàn)場(chǎng)方法：野外注水試驗(yàn)和野外抽水試驗(yàn)等抽水量為Q觀測(cè)孔距離分別為rl和r2，水位高度h1和h2r處水面高度h，過(guò)水?dāng)嗝鍭＝2?rh圖3-9抽水試驗(yàn)圖3-9抽水試驗(yàn)即：兩邊積分：故滲透系數(shù)為分析表3-1滲透系數(shù)值:可見(jiàn)：不同土類(lèi)的滲透系數(shù)值差異很大表3-1滲透系數(shù)參考值滲透系數(shù)的測(cè)定十分重要（1）土的粒度成分及礦物成分。（2）結(jié)合水膜厚度。（3）土的結(jié)構(gòu)構(gòu)造。（4）水的粘滯度。4.影響土的滲透性的因素3.3滲流破壞和控制3.3.1滲透力的計(jì)算（a）水土整體（b

8、）土骨架（c）水圖3-10土顆粒和水受力示意圖“它是體積力”概念：水流作用在單位體積土體中土顆粒上的力。計(jì)算原理：（a）水土整體（b）土骨架（c）水(1)沿流線方向取一截面積為A，長(zhǎng)為L(zhǎng)的土樣。(2)討論作用在土樣上的力（a）水土整體（b）土骨架（c）水水土整體a．流入面的靜