土的滲透性與土中滲流

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1、§4.2達(dá)西定律總水頭：?jiǎn)挝恢亓克w所具有的能量位置水頭Z：水體的位置勢(shì)能（任選基準(zhǔn)面）壓力水頭u/?w：水體的壓力勢(shì)能（u孔隙水壓力）流速水頭V2/(2g)：水體的動(dòng)能（對(duì)滲流多處于層流≈0）滲流的總水頭：滲流問題的水頭也稱測(cè)管水頭，是滲流的總驅(qū)動(dòng)能，滲流總是從水頭高處流向水頭低處ABLh1h2zAzBΔh00基準(zhǔn)面水力坡降線A點(diǎn)總水頭：水力坡降A(chǔ)BLhAhBzAzBΔh基準(zhǔn)面水力坡降線B點(diǎn)總水頭：二點(diǎn)總水頭差：反映了兩點(diǎn)間水流由于摩阻力造成的能量損失水力坡降i：?jiǎn)挝粷B流長(zhǎng)度上的水頭損失§4.2達(dá)西定律達(dá)西滲透試驗(yàn)LAh1h2QQ透水石1856年達(dá)西(Darcy)在研究

2、城市供水問題時(shí)進(jìn)行的滲流試驗(yàn)§4.2達(dá)西定律試驗(yàn)前提：層流試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)裝置：如圖試驗(yàn)條件:h1，A，L=const量測(cè)變量:h2，V，TΔh=h1-h2Q=V/TΔh↑，Q↑A↑，Q↑L↑，Q↓斷面平均流速水力坡降在層流狀態(tài)的滲流中，滲透速度v與水力坡降i的一次方成正比，并與土的性質(zhì)有關(guān)。注意：Av：假想滲流速度，土體試樣全斷面的平均滲流速度vs：實(shí)際平均滲流速度，孔隙斷面的平均滲流速度A>AvQ＝vA＝vsAvk:反映土的透水性能的比例系數(shù)，稱為滲透系數(shù)物理意義：水力坡降i＝1時(shí)的滲流速度單位：mm/s,cm/s,m/s,m/dayAv滲透定律達(dá)西定律的適用范圍§4.2

3、達(dá)西定律適用條件：層流（線性流動(dòng)）巖土工程中的絕大多數(shù)滲流問題，包括砂土或一般粘土，均屬層流范圍在粗粒土孔隙中，水流形態(tài)可能會(huì)隨流速增大呈紊流狀態(tài)，滲流不再服從達(dá)西定律?？捎美字Z數(shù)進(jìn)行判斷：00.51.01.52.02.5達(dá)西定律適用范圍2.01.51.00.50水力坡降流速(m/h)礫石粗砂中砂細(xì)砂極細(xì)砂h10dvRe?=Re＜5時(shí)層流Re＞200時(shí)紊流200＞Re＞5時(shí)為過渡區(qū)達(dá)西定律的適用范圍在純礫以上的很粗的粗粒土如堆石體中，在水力坡降較大時(shí)，達(dá)西定律不再適用，此時(shí)：ivoi0兩種特例對(duì)致密的粘性土，存在起始水力坡降i0？？ivovcri>i0,v=k?(i-i0

4、)滲透系數(shù)的測(cè)定方法常水頭試驗(yàn)法變水頭試驗(yàn)法井孔抽水試驗(yàn)井孔注水試驗(yàn)§4.3滲透系數(shù)的測(cè)定方法室內(nèi)試驗(yàn)方法野外試驗(yàn)方法室內(nèi)試驗(yàn)方法-常水頭試驗(yàn)法試驗(yàn)條件:Δh，A，L=const量測(cè)變量:體積V，t適用土類：透水性較大的砂性土i=Δh/LV=Qt=vAtv=ki?hL土樣AVQ室內(nèi)試驗(yàn)方法-變水頭試驗(yàn)法試驗(yàn)條件:Δh變化A，a，L=const量測(cè)變量:?h，t適用土類：透水性較小的粘性土土樣At=t1?h1t=t2?h2LQ水頭測(cè)管開關(guān)a室內(nèi)試驗(yàn)方法–小結(jié)§4.3滲透系數(shù)的測(cè)定方法常水頭試驗(yàn)變水頭試驗(yàn)條件已知測(cè)定公式取值Δh=constΔh變化Δh，A，LV，t重復(fù)試驗(yàn)

5、后，取均值a，A，LΔh，t不同時(shí)段試驗(yàn)，取均值適用粗粒土粘性土§4.3滲透系數(shù)的測(cè)定方法現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定法－抽水試驗(yàn)抽水量Qr1r2h1h2井不透水層試驗(yàn)條件:Q=const量測(cè)變量:r=r1，h1=？r=r2，h2=？?jī)?yōu)點(diǎn)：可獲得現(xiàn)場(chǎng)較為可靠的平均滲透系數(shù)缺點(diǎn)：費(fèi)用較高，耗時(shí)較長(zhǎng)觀察井A=2?rhi=dh/dr計(jì)算公式：r抽水量Qr1r2h1h2井不透水層dhdrh地下水位≈測(cè)壓管水面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定法－抽水試驗(yàn)§4.3滲透系數(shù)的測(cè)定方法粒徑大小及級(jí)配孔隙比礦物成分結(jié)構(gòu)飽和度（含氣量）水的動(dòng)力粘滯系數(shù)滲透系數(shù)的影響因素§4.3滲透系數(shù)的測(cè)定方法是土中孔隙直徑大小的主要影響因素因由粗顆

6、粒形成的大孔隙可被細(xì)顆粒充填，故土體孔隙的大小一般由細(xì)顆粒所控制。因此，土的滲透系數(shù)常用有效粒徑d10來(lái)表示，如哈臣公式：土的性質(zhì)水的性質(zhì)粒徑大小及級(jí)配孔隙比礦物成分結(jié)構(gòu)滲透系數(shù)的影響因素§4.3滲透系數(shù)的測(cè)定方法是單位土體中孔隙體積的直接度量對(duì)于砂性土，常建立孔隙比e與滲透系數(shù)k之間的關(guān)系，如：滲透系數(shù)的影響因素土的性質(zhì)水的性質(zhì)粒徑大小及級(jí)配孔隙比礦物成分結(jié)構(gòu)§4.3滲透系數(shù)的測(cè)定方法對(duì)粘性土，影響顆粒的表面力不同粘土礦物之間滲透系數(shù)相差極大，其滲透性大小的次序?yàn)楦邘X石>伊里石>蒙脫石；塑性指數(shù)Ip綜合反映土的顆粒大小和礦物成份，常是滲透系數(shù)的參數(shù)滲透系數(shù)的影響因素土的

7、性質(zhì)水的性質(zhì)粒徑大小及級(jí)配孔隙比礦物成分結(jié)構(gòu)§4.3滲透系數(shù)的測(cè)定方法影響孔隙系統(tǒng)的構(gòu)成和方向性，對(duì)粘性土影響更大在宏觀構(gòu)造上，天然沉積層狀粘性土層，扁平狀粘土顆粒常呈水平排列，常使得k水平﹥k垂直在微觀結(jié)構(gòu)上，當(dāng)孔隙比相同時(shí)，凝聚結(jié)構(gòu)將比分散結(jié)構(gòu)具有更大的透水性滲透系數(shù)的影響因素土的性質(zhì)水的性質(zhì)粒徑大小及級(jí)配孔隙比礦物成分結(jié)構(gòu)§4.3滲透系數(shù)的測(cè)定方法飽和曲線含水量wWop干容重?d?max?1含水量w滲透系數(shù)k絮狀結(jié)構(gòu)分散結(jié)構(gòu)滲透系數(shù)的影響因素土的性質(zhì)水的性質(zhì)粒徑大小及級(jí)配孔隙比礦物成分結(jié)構(gòu)§4.3滲透系數(shù)的測(cè)定方法?hH