資源描述：
《土的滲透性和滲流問題.ppt》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在PPT專區(qū)-天天文庫。
1、2土的滲透性和 滲流問題滲流(seepage)?由于土是具有連續(xù)孔隙的介質(zhì)，當(dāng)飽和土中兩點(diǎn)存在著能量差時(shí)，也就是存在水位差時(shí)，水就在土的孔隙中從能量高的點(diǎn)（水位高的點(diǎn)）向能量低的點(diǎn)流動(dòng)。這種水在土體孔隙中流動(dòng)的現(xiàn)象就叫做滲流。滲透性(permeability)?土具有被水等液體透過的性質(zhì)叫滲透性。土的滲透性同土的強(qiáng)度和變形特性一樣，是土力學(xué)研究的主要力學(xué)性質(zhì)之一。在巖土工程的許多領(lǐng)域，都涉及到土的滲透性。土力學(xué)主要研究以下兩個(gè)方面的滲透問題：1.滲透量的計(jì)算問題。（1）在渠道輸水工程中首先會(huì)需要對滲漏水量進(jìn)行估計(jì)。一般的渠道約有40~60%的水
2、漏走了。（2）水庫的滲透量問題：天開水庫，1959年建成，5000萬m3畜水量，但自建成以來就是干水庫。（3）基坑開挖的滲水量與排水量計(jì)算。（4）水井的供水量估算。2.滲透變形問題流經(jīng)土體的水流會(huì)對土顆?；蛲馏w施加作用力，稱為滲透力（seepageforce）。滲透力較大時(shí)會(huì)引起土顆粒或土體的移動(dòng)，從而造成土工建筑物或地基的滲透變形。土石壩失事的1/3~1/4均是因滲透變形引起的。基坑開挖支護(hù)中因滲透變形而造成事故的例子早已屢見不鮮，因此我們應(yīng)給以足夠的重視。2.1土的滲透定律一、土的滲透試驗(yàn)和達(dá)西定律1.各種水頭的概念及水力坡降。水頭(wat
3、erhead)：單位重量水體所具有的能量。滲流中一點(diǎn)的總水頭h可用下式表示：h=z+(2-1)式中等號右側(cè)的三項(xiàng)分別為位置水頭、壓力水頭和流速水頭，它們的物理意義均代表單位重量水體所具有的各種機(jī)械能*。測管水頭？位置水頭與壓力水頭之和z+u/γw。它代表單位重量液體所具有的總勢能。由于土中滲流阻力大，滲流速度v一般都很小，可以忽略不計(jì)，因此h=z+u/γw。注意：土體中兩點(diǎn)是否會(huì)發(fā)生滲流，只取決于總水頭差，若hA≠hB時(shí)，才會(huì)發(fā)生水從總水頭高的點(diǎn)向總水頭低的點(diǎn)流動(dòng)(但水并非一定向低處流)。水力坡降，水力梯度（hydraulicgradient）
4、？i=Δh/L，滲流流過單位長度時(shí)的水頭損失。2.達(dá)西定律管內(nèi)水流動(dòng)的兩種形式？流動(dòng)時(shí)相鄰的兩質(zhì)點(diǎn)流線永不相交的流動(dòng)稱為層流。若水流動(dòng)時(shí)，相鄰的兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)流線相交，流動(dòng)時(shí)將出現(xiàn)漩渦，這種流動(dòng)稱為紊流。土體中水的流速很小可看作為層流。法國工程師(H.Darcy)1856年通過右圖所示的試驗(yàn)裝置，對均勻砂土進(jìn)行了大量的試驗(yàn)，得到了層流條件下，砂土中水的滲流運(yùn)動(dòng)規(guī)律。即著名的達(dá)西定律：v=kiorQ=Av=kAi(2-3)其中k是一個(gè)重要參數(shù)，稱為土的滲透系數(shù)。它相當(dāng)于水力坡降i=1時(shí)的滲透速度，故其量綱與流速相同，mm/s或m/day。3.達(dá)西定律的
5、討論(1)滲透速度v并不是土孔隙中水的實(shí)際平均速度，因?yàn)楣酵茖?dǎo)中采用的是試樣的整個(gè)斷面積A，其中包含了土粒骨架所占的部分面積在內(nèi)。真實(shí)的過水面積AV小于A，因而實(shí)際平均流速vs應(yīng)大于v。一般稱v為假想滲流速度。水流應(yīng)當(dāng)連續(xù)：A·v=Av·vs=vs·nA，∴vs=v/n。其實(shí)vs也并非滲流的真實(shí)速度。對工程有直接意義的還是宏觀的流速（假想滲流速度）v。(2)達(dá)西定律的適用范圍前面講過管內(nèi)水流分兩種：層流與紊流，通常達(dá)西定律只適用于層流范圍。在巖土工程中，發(fā)生在砂土的大部分滲流，以及部分粘土中的滲流，均屬于層流范圍，此時(shí)達(dá)西定律均可適用。但在很
6、粗的礫石中，存在界限速度vcr=0.3~0.5cm/s。當(dāng)v>vcr時(shí)，發(fā)生紊流，如右圖所示。此時(shí)達(dá)西定律須經(jīng)過以下修正才能適用：v=kim(m<1)(2-5)ivcrvo對于粘性很大的密實(shí)粘土，有一起始坡降i0，當(dāng)ii0時(shí)，水流擠開結(jié)合水膜的堵塞，滲流才能發(fā)生。如右下圖所示。voi0i粘土顆粒滲流結(jié)合水膜二、滲透系數(shù)的測定及影響因素1.滲透系數(shù)的測定方法：常水頭法—適用于粗
7、粒土室內(nèi)變水頭法—適用于細(xì)粒土壓水（注水）試驗(yàn)室外(重要工程)抽水試驗(yàn)(1)對于常水頭試驗(yàn)，在試驗(yàn)中只要測出t時(shí)間內(nèi)流經(jīng)試樣的水量V，則：(2-7)(2)變水頭試驗(yàn)在試驗(yàn)過程中水頭差一直在隨時(shí)間變化。試驗(yàn)時(shí)向細(xì)玻璃管注入一定量的水，記錄起始水頭差Δh1，開動(dòng)秒表，經(jīng)過t時(shí)間后，再記錄此時(shí)的水頭差Δh2。根據(jù)流入與流出土樣的水量相等，以及達(dá)西定律，可以求出滲透系數(shù)k的計(jì)算式。(2-8)(3)現(xiàn)場抽水試驗(yàn)下圖為一現(xiàn)場井孔抽水試驗(yàn)示意圖。在現(xiàn)場打一口試驗(yàn)井，貫穿要測定k值的土層，另外在距試驗(yàn)井不同距離處打一個(gè)或兩個(gè)觀測孔。圖2-6現(xiàn)場抽水試驗(yàn)在試驗(yàn)井
8、中連續(xù)抽水，待出水量和各井孔的水位穩(wěn)定后，就會(huì)形成一個(gè)以抽水井為軸心的漏斗狀的地下水面。假設(shè)水流方向是水平的，則滲流過水?dāng)嗝婢褪且幌盗械耐膱A柱面，任
