土力学明德至善知行利物渗流问题课件.ppt

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1、土力学 第二章,第二章 土中水的运动规律,土力学 第二章,1,2,概述,土的渗透性与渗透规律,第二章 土中水的运动规律,土力学 第二章,1,概述,第二章 土中水的运动规律,土力学 第二章,土是一种碎散的多孔介质，其孔隙在空间互相连通。当饱和土中的两点存在能量差时，水就在土的孔隙中从能量高的点向能量低的点流动,水在土体孔隙中流动的现象称为渗流 土具有被水等液体透过的性质称为土的渗透性,2.1 概述,土力学 第二章,透水层,不透水层,防渗体,坝体,渗流问题：1.渗流量？2.渗透破坏？3.渗透力？,2.1 概述-渗流问题,土力学 第二章,渗流问题：1.渗流量？2.渗透破坏？3.渗水压力？,透水层,不

2、透水层,基坑,板桩墙,2.1 概述-渗流问题,土力学 第二章,渗流问题：1.渗流量Q？2.降水深度？,透水层,不透水层,天然水面,漏斗状潜水面,Q,2.1 概述-渗流问题,土力学 第二章,渗流问题：1.渗流量？2.地下水影响 范围？,原地下水位,渗流时地下水位,2.1 概述-渗流问题,土力学 第二章,渗流量扬压力渗水压力渗透破坏渗流速度渗水面位置,挡水建筑物 集水建筑物 引水结构物 基础工程地下工程边坡工程,渗透特性变形特性强度特性,2.1 概述-土渗流特性,土力学 第二章,2,土的渗透性与渗透规律,第二章 土中水的运动规律,土力学 第二章,水头与水力坡降土的渗透试验与达西定律渗透系数的测定及

3、影响因素层状地基的等效渗透系数,渗流的驱动能量,反映渗流特点的定律,土的渗透性,地基的渗透系数,2.2 土的渗透性与渗透规律,土力学 第二章,位置水头：到基准面的竖直距离，代表单位重量的液体从基准面算起所具有的位置势能压力水头：水压力所能引起的自由水面的升高，表示单位重量液体所具有的压力势能测管水头：测管水面到基准面的垂直距离，等于位置水头和压力水头之和，表示单位重量液体的总势能在静止液体中各点的测管水头相等,2.2 土的渗透性与渗透规律,土力学 第二章,A,B,L,渗流为水体的流动，应满足液体流动的三大基本方程：连续性方程、能量方程、动量方程,2.2 土的渗透性与渗透规律,土力学 第二章,h

4、A,zA,基准面,总水头：单位重量水体所具有的能量,位置水头Z：水体的位置势能（任选基准面）压力水头u/w：水体的压力势能（u孔隙水压力）流速水头V2/(2g)：水体的动能（对渗流多处于层流0）,渗流的总水头：,也称测管水头，是渗流的总驱动能，渗流总是从水头高处流向水头低处,2.2 土的渗透性与渗透规律,土力学 第二章,A点总水头：,B点总水头：,二点总水头差：反映了两点间水流由于摩阻力造成的能量损失,水力坡降 i：单位渗流长度上的水头损失,2.2 土的渗透性与渗透规律,土力学 第二章,1856 年达西(Darcy)在研究城市供水问题时进行的渗流试验,或：,其中，A是试样的断面积,2.2 土的

5、渗透性与渗透规律,土力学 第二章,达西定律：在层流状态的渗流中，渗透速度v与水力坡降i的一次方成正比，并与土的性质有关渗透系数k:反映土的透水性能的比例系数，其物理意义为水力坡降i1时的渗流速度，单位：cm/s,m/s,m/day渗透速度v：土体试样全断面的平均渗流速度，也称假想渗流速度,其中，Vs为实际平均流速，孔隙断面的平均流速,2.2 土的渗透性与渗透规律,土力学 第二章,适用条件：层流（线性流动）,岩土工程中的绝大多数渗流问题，包括砂土或一般粘土，均属层流范围在粗粒土孔隙中，水流形态可能会随流速增大呈紊流状态，渗流不再服从达西定律。可用雷诺数进行判断：,Re5时层流Re 200时紊流2

6、00 Re 5时为过渡区,2.2 土的渗透性与渗透规律,土力学 第二章,是土中孔隙直径大小的主要影响因素因由粗颗粒形成的大孔隙可被细颗粒充填，故土体孔隙的大小一般由细颗粒所控制。因此，土的渗透系数常用有效粒径d10来表示，如哈臣公式：,土的性质 水的性质,粒径大小及级配孔隙比矿物成分结构,渗透系数的影响因素,2.2 土的渗透性与渗透规律,土力学 第二章,是单位土体中孔隙体积的直接度量对于砂性土，常建立孔隙比e与渗透系数k之间的关系，如：,渗透系数的影响因素,土的性质 水的性质,粒径大小及级配孔隙比矿物成分结构,2.2 土的渗透性与渗透规律,土力学 第二章,对粘性土，影响颗粒的表面力不同粘土矿物

7、之间渗透系数相差极大，其渗透性大小的次序为高岭石伊里石蒙脱石；当粘土中含有可交换的钠离子越多时，其渗透性将越低塑性指数Ip综合反映土的颗粒大小和矿物成份，常是渗透系数的参数,渗透系数的影响因素,土的性质 水的性质,粒径大小及级配孔隙比矿物成分结构,2.2 土的渗透性与渗透规律,土力学 第二章,影响孔隙系统的构成和方向性，对粘性土影响更大在宏观构造上，天然沉积层状粘性土层，扁平状粘土颗粒常呈水平排列，常使得k水平k垂直在微观结构上，当孔隙比相同时，凝聚结构将比分散结构具有更大的透水性,渗透系数的影响因素,土的性质 水的性质,粒径大小及级配孔隙比矿物成分结构,2.2 土的渗透性与渗透规律,土力学 第二章,饱和曲线,含水量 w,Wop,干容重 d,max,1,含水量 w,渗透系数 k,絮状结构 分散结构,渗透系数的影响因素,土的性质 水的性质,粒径大小及级配孔隙比矿物成分结构,2.2 土的渗透性与渗透规律,土力学 第二章,渗透系数的影响因素,水的动力粘滞系数：温度，水粘滞性，k饱和度（含气量）：封闭气泡对k影响很大，可减少有效渗透面积，还可以堵塞孔隙的通道,土的性质 水的性质,粒径大小及级配孔隙比矿物成分结构,2.2 土的渗透性与渗透规律,土力学 第二章,本章结束,第二章 土中水的运动规律,