《土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律》PPT課件

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1、第二章土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律概述土的滲透性二維滲流及流網(wǎng)土的毛細(xì)性及土的凍脹主要內(nèi)容本章重點(diǎn)：滲透定律、滲透系數(shù)、動(dòng)水力及流砂現(xiàn)象12.1土的滲透問題概述浸潤線流線等勢(shì)線下游上游土壩蓄水后水透過壩身流向下游滲透——自由水在水位差作用下，發(fā)生從土內(nèi)孔隙中透過的現(xiàn)象H隧道開挖時(shí)，地下水向隧道內(nèi)流動(dòng)2研究滲流主要解決兩類問題滲流量計(jì)算問題：深基坑開挖排水問題滲流穩(wěn)定與滲流控制問題：產(chǎn)生滲透變形，甚至滲透破壞，如道路邊坡破壞、堤壩失穩(wěn)、地面隆起等32.2土的滲透性一、達(dá)西定律1856年法國學(xué)者Darcy對(duì)砂土的滲透性進(jìn)行研究結(jié)論：水在土中的滲透速度與試樣的水力梯度成正比滲透試驗(yàn)播放達(dá)西定律V=K

2、·Δh/L=KiK——滲透系數(shù)，cm/si——水力梯度，即沿滲流方向單位距離的水頭損失Δhh2h14討論：1）公式適用于層流情況，一般適用于中、細(xì)、粉砂土；2）在粘土中應(yīng)按修正后的達(dá)西定律考慮起始水頭梯高io計(jì)算。V=K（i-io）。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)系起始水力坡降i0v=kiivO砂土0iv密實(shí)粘土虛直線簡化礫土5二滲透系數(shù)及其確定方法時(shí)間t內(nèi)流出的水量1.常水頭試驗(yàn)————整個(gè)試驗(yàn)過程中水頭保持不變，適用于透水性大砂土（k>10-3cm/s）。Δhh2h1:測(cè)定滲透系數(shù)方法試驗(yàn)室測(cè)定:常水頭

3、試驗(yàn)變水頭試驗(yàn)現(xiàn)場抽水試驗(yàn)62．變水頭滲透試驗(yàn)————整個(gè)試驗(yàn)過程水頭隨時(shí)間變化適用于適用于透水性差，滲透系數(shù)小的粘性土。7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dQ=－adh在時(shí)段dt內(nèi)流經(jīng)試樣的水量dQ=kiAdt=kAdth/L管內(nèi)減少水量＝流經(jīng)試樣水量－adh=kAh/Ldt分離變量積分得83．現(xiàn)場抽水試驗(yàn)————室內(nèi)試驗(yàn)時(shí)不易取得原狀土樣，或者土樣不能反映天然土層的層次或土顆粒排列情況時(shí)圖2-6現(xiàn)場抽水試驗(yàn)非承壓完整井還有其它幾種形式？9①水平向滲流時(shí)KhI=I1=I2q=q1+q2F=F1+F2=1×h1+1×

4、h2=h1+h2Kh=∑Kihi/∑hi受滲透系數(shù)最大的土層控制②豎直向滲流時(shí)KVq=q1=q2；F=F1=F2ΔH=ΔH1+ΔH2KV=∑Kihi/∑(hi/KI)受滲透系數(shù)最小的土層控制Δh1Δh2qFk1k2k1k2q1q2h1h2qh1h24．成層土的滲透系數(shù)10（1）土的礦物成分：蒙脫石含量↑，或有機(jī)質(zhì)↑，則K↓（2）粒度成分：粗↑，渾圓↑均勻↑則K↑（3）結(jié)合水膜厚度↑,K↓；厚度↓，K↑（4）土的結(jié)構(gòu)構(gòu)造：黃土KV》Kn，夾砂粘土KV

5、?20分別為T℃和20℃時(shí)水的動(dòng)力粘滯系數(shù)，可查表（6）土中氣體：含密閉氣泡↑，K↓11【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(shí)的滲透系數(shù)12三滲流力及流砂與管涌現(xiàn)象1.滲流力GD——水流作用在單位體積土體中土顆粒上的力稱為滲流力，也稱動(dòng)水力Δh2h1h21L水流流經(jīng)這段土

6、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)為水柱隔離體平衡條件水柱重力土顆粒對(duì)水總的阻力滲透力是一種體積力，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（矢量）132.流砂、管涌與臨界水頭梯度——流砂——當(dāng)向上的GD與土的浮重度相等時(shí)，即GD=γω·I=γˊ=γsat-γω，這時(shí)土顆間的壓力等于零，土顆粒將處于懸浮狀態(tài)而失去穩(wěn)定，該現(xiàn)象稱為流砂。臨界水力坡降(梯度)———土在水下的浮重度G’為γˊ，當(dāng)向上的滲流力GD與土的浮重度相等時(shí)，其水力坡降即為臨界水力坡降工程中，將土的臨界水力坡降除以某一安全系數(shù)Fs(2～3)，作為允許水力坡降[i]。

7、G’GD或14管涌——水在砂性土中滲流時(shí)，土中的一些細(xì)小顆粒在動(dòng)水作用下，可能通過粗顆粒的孔隙被水帶走的現(xiàn)象。討論：1流砂發(fā)生在土體表面滲流逸出處，不發(fā)生在土體內(nèi)部，而管涌兩者都可能發(fā)生。2流砂主要發(fā)生于細(xì)、粉砂及粉質(zhì)粘土中，而在粗顆粒土及粘土中不易發(fā)生。3管涌的臨界水頭梯度與土的顆粒大小及其級(jí)配情況有關(guān)。不均勻系數(shù)Cu↑，則Icr↓，圖2-10圖2-10流砂引起破壞示例a)基坑因流砂失穩(wěn)b)河堤覆蓋層下流砂涌出a)b)15圖2-11例2-1圍護(hù)結(jié)構(gòu)坑底hw【解】發(fā)生