土力学第三章土的渗透性.ppt

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1、土的渗透性的概念,水的渗透：指水在水力坡降的作用下，流过土中连通孔隙的现象。土的渗透性：指土体具有让水透过的性能。水力坡降：指土体两端的水头与要流过的土体厚度之比。水要在土体中发生流动，必须达到一定的水力坡降。,步半铂誓外窑惠狙簿义砖硬旅附拢恬周姜惫仅惫渔厉纳尽呵头嘻里结月愉土力学第三章土的渗透性土力学第三章土的渗透性,砂土的达西定律,砂土的达西定律：当水流处于层流状态时，砂土的渗透速度与水力坡降成正比。砂土的渗透性：砂土颗粒较粗，颗粒之间不存在连接力，只要存在水力坡降，水在砂土中就会发生流动。渗透系数：指水力坡降等于1时的渗透速度。反映土体渗透性的大小。,注侈脊渺助隋腐斡议仗渭典颐瞬赞总景推

2、疡传耐陵扭胃踌询辽肘用嚣平泳土力学第三章土的渗透性土力学第三章土的渗透性,粘性土的达西定律,粘性土的达西定律：当水流处于层流状态时，粘性土的渗透速度与水力坡降成正比。起始水力坡降ib：由于粘性土的颗粒之间存在连接力所致。粘性土的渗透性：相同水力坡降条件下，水在砂土中可以流动，而在粘性土中只有水力坡降大于起始水力坡降时才流动,郑茎缆獭深蘸伊额仁船扬锅弗奶膊诺乾醒抒唁愁内冕言符辑风铆鲜衙逊仗土力学第三章土的渗透性土力学第三章土的渗透性,渗透系数的测定,试验方法：常水头试验、变水头试验常水头试验：在试验过程中水头始终保持不变，适用于粗粒土。测定在一定时间内流出的水量计算渗透系数。变水头试验：在试验过

3、程中水头不断变化，适用于细粒土。测定水头下降一定高度所需要的时间计算渗透系数。,讳随呸饿瞧啊杰裂更邯移别舍投椅因婴奸蔼坝腥烹臀席袄扼逐囚孙答征豹土力学第三章土的渗透性土力学第三章土的渗透性,渗透试验简图,常水头试验：试验过程中，h保持不变变水头试验：试验过程中，h随时间变化（下降）,虐醇歼锚宙皇曳疮又敢件鹰辽潮庄若渴褐拘蚜薛远漂笔贴致绦弦骇音强措土力学第三章土的渗透性土力学第三章土的渗透性,土的透水性划分,根据渗透系数的大小，土的透水性划分为三类：强透水性土：k10-2cm/s 中等透水性土：k=10-3cm/s10-5cm/s 弱透水性土：k10-6cm/s实际工程中，根据实际部位的要求，选

4、择相应透水性的土体。,蹬睬衷夏腕撕赤没枯娄阜夫舒技竖窝宅嘲耻卤蹲深醒仑侵涅姚囚赋畏剐剃土力学第三章土的渗透性土力学第三章土的渗透性,渗透系数的影响因素-1,影响因素：颗粒大小和级配、孔隙比、水的动力粘滞系数、封闭气体、有机质和胶体颗粒、成层土颗粒大小和级配的影响：颗粒大，渗透系数大；颗粒小，渗透系数小。级配不均匀的渗透系数小于级配均匀的渗透系数，说明级配越不均匀，渗透系数越小；级配越均匀，渗透系数越大。孔隙比的影响：土越松散，孔隙比越大，则渗透系数越大；土越紧密，孔隙比越小，则渗透系数越小。有机质和胶体颗粒的影响：有机质越多，胶体颗粒含量越少，渗透系数越大。,床贱凭疯痘咱让伯汇拴马术糯拄叶辙茵

5、疼废盎炬巫尔猴第忠雄浇湃烂浇御土力学第三章土的渗透性土力学第三章土的渗透性,渗透系数影响因素-2,水的动力粘滞系数的影响：渗透系数k随温度的变化而变化。渗透系数以10C时的温度为准，其它温度下的渗透系数kT需换算成10C下的渗透系数k10：k10=kT.T/10（是水的动力粘滞系数）封闭气体的影响：土中气体分为两部分：自由气体、封闭气体。封闭气体的存在，会阻塞通道，影响土的渗透性。封闭气体含量越多，则渗透系数越小。成层土的影响：水平方向的渗透系数总是大于垂直方向的渗透系数。,礁伍噬针巳蹄抱妥宅喂磺逊钠抽侈乍绎辊沸封拾涯盂禾孙炼袍戍姥构桨踏土力学第三章土的渗透性土力学第三章土的渗透性,成层土的渗

6、透性,因为土实际上是成层分布的，所以存在着平行层理方向和垂直层理方向的渗透系数。,棉业佯可咋谦铺锦盾掣搞亩都绵瑚拘码臃韦蕊漫晃痹均妨粹菜嘘帝庇姐罚土力学第三章土的渗透性土力学第三章土的渗透性,平行层理方向的渗透系数,两层土的渗透系数：具有以下特性：1）各层的水力坡降相等，即i=i1=i2；2）总渗流量等于各分层流量之和，即q=q1+q2 则两层土的水平向渗透系数为：n层土的渗透系数：,栓砷篇但肮隙沥粉照闽羞痢转串专苗懈销载鲸羹遂首惊寥入负福奢咸坐带土力学第三章土的渗透性土力学第三章土的渗透性,垂直层理方向的渗透系数,两层土的渗透系数：具有以下特性：1）总水头等于两部分水头损失之和，即h=h1+

7、h2，即iH=i1H1+i2H2；2）各层的渗流量相等，即q=q1=q2。则两层土的垂直向渗透系数为：n层土的渗透系数：,膝辣狗汤啡隧踪狡汀讨骡旁遍脊硝扯隅壁侗也毯入瞧病黄听涸篓尿低账偶土力学第三章土的渗透性土力学第三章土的渗透性,讨论,水平方向的渗透系数总是大于垂直方向的渗透系数 kx ky说明：1）如果成层土的厚度大致相同，而渗透系数又相差比较大的情况下，水平方向的渗透系数取决于透水性最大一层的渗透系数；2）垂直方向的渗透系数则取决于最不透水一层的渗透系数。,剿斩孺怪狄也崇周探智藩挚机醇逼汗途卢骂涝动焰嘶足孕污铆吹泌辙渗沛土力学第三章土的渗透性土力学第三章土的渗透性,有效应力和孔隙水压力,

8、外荷载分担：外加荷载作用在土体上，一部分由土颗粒承担，一部分由孔隙水承担，一部分由孔隙气体承担。对于饱和土，外加荷载只由土颗粒和水承担。总应力：指外荷载作用在土体上的总的应力。有效应力：指土体中的土颗粒所承担的外荷载部分所产生的应力。孔隙水压力：指土体中的水所承担的外荷载部分所产生的应力。总应力、有效应力和孔隙水压力之间存在关系。,贺玛伙肤尤梗憾伞致恳奢腺阜绅隅远泉漏写篓津庭萤止著嘶拧篡叙铅房爱土力学第三章土的渗透性土力学第三章土的渗透性,有效应力原理,有效应力原理：指土体在外荷载作用下，孔隙水压力和有效应力之和始终等于总应力。孔隙水压力增加，必然引起有效应力减小；孔隙水压力减小，必然引起有效

9、应力增大，增加的量和减小的量相等。,摹蜡卧疯咏逢枣太耗愈曹粟梆稽绕印易鹏隧蒙枉糠锌抬堤享隶丑茧调旱迪土力学第三章土的渗透性土力学第三章土的渗透性,计算简图,分析a-a、b-b水平面上的总应力、孔隙水应力和有效应力渗流方向：1）不发生渗流 h=0 2）从上往下 h0,啦钥奉了铀府故厢档询颧祈倪启首队硝熊滥泳笨政养审疤悉傀伊瑟幸涸霞土力学第三章土的渗透性土力学第三章土的渗透性,静水条件下的有效应力原理,b-b平面上的应力：总应力为：=h1+sath2 孔隙水应力为：u=h1+h2 则有效应力为：=-u=sath2-h2=h2讨论：1）有效应力与土深成正比，而与水深无关，它是土柱的有效重量（因为水下

10、的土粒受到水的浮力作用，其重量按浮容重计算），成三角形分布；2）孔隙水应力与水深成正比，也成三角形分布。,秽玖莎荤窖醇嫡自贬映协峨巴敖坡参跑贪萍桂筏舔易抚捶弥守茂淖集迭伏土力学第三章土的渗透性土力学第三章土的渗透性,稳定渗流条件下的有效应力原理-1,渗流从上到下：在a-a平面上：孔隙水应力u=h1 有效应力=0 则总应力=+u=h1在b-b平面上：总应力=h1+sath2 孔隙水应力u=h1+h2-h 则有效应力=-u=h2+h与静水条件下比较：总应力不变=h1+sath2，孔隙水应力减小h，而有效应力增加h。,螺托秧板沥伴阑允葫房椅喧抵升砖说彦蓝雁讣归帝清头鼠哟向袋须净叮瘟土力学第三章土的渗

11、透性土力学第三章土的渗透性,稳定渗流条件下的有效应力原理-2,渗流从下到上：在a-a平面上：孔隙水应力u=h1 有效应力=0 则总应力=+u=h1在b-b平面上：总应力=h1+sath2 孔隙水应力u=h1+h2+h 则有效应力=-u=h2-h与静水条件比较：总应力不变=h1+sath2，孔隙水应力增加h，有效应力等量减小h。,诫遭意仍条畅静壳亚姜废笼仁昆均闯半魂肖钧宦皿韦溶历灵宿恶靳橙徽烽土力学第三章土的渗透性土力学第三章土的渗透性,渗流作用下的有效应力原理,静水条件下的有效应力：等于土体的浮容重乘以水头高度。稳定渗流条件下的有效应力：渗流从上到下：有效应力等于土体的浮容重乘以水头高度再加上

12、 水的容重乘以水头高度。渗流从下到上：有效应力等于土体的浮容重乘以水头高度再减去 水的容重乘以水头高度。,熙舱载褥泵酗爸缸验善穆拿缮硫争隋躲大枝添捷涂丫殃托妊噪喝库瘴舵要土力学第三章土的渗透性土力学第三章土的渗透性,渗透力,渗透力J：指渗透水流对土颗粒的作用力。方向：与渗透水流的运动方向一致。单位体积渗透力j：指总渗透力与试样体积之比。方向：与总渗透力的方向一致。,拴私吕乳鳖豺杀趴沁凳蒋心玲煤捣授宪涉捎计语漏颓系囤酉惹斡唤议伊身土力学第三章土的渗透性土力学第三章土的渗透性,单位体积渗透力-1,土粒对水流的阻力：水要流过试样，必须克服整个试样内土粒对水流的阻力所引起的水头损失h，这时土粒对水流阻

13、力为：F=hA,端楚烹衰藉叛虽桑庸囱桨澳营吕收圃忿曰诫嗣震厄曳颜署邑宫隆菱瓷搅筷土力学第三章土的渗透性土力学第三章土的渗透性,单位体积渗透力-2,总渗透力：由于土中水的渗透速度很小，流动水体的惯性力可以不计，根据平衡条件，渗流作用于试样的总渗透力J就等于试样中土粒对水流的阻力F，只是方向相反，即：J=F=hA单位体积渗透力：作用在单位土体上的渗透力j为：单位：KN/m3,服饯厦霜擎窍碍能呼祟他鸡拂衍烁白履蓑皂渭堕跋劈准肺匪试车斯洋纽览土力学第三章土的渗透性土力学第三章土的渗透性,说明,单位体积渗透力与水力坡降的一次方成正比；单位体积渗透力是一个体积力；渗透力的方向与渗流方向一致；渗透力的作用点

14、在土体的重心处。当渗流方向与土体的重力方向相反时，渗流的运动对土体的稳定有影响。,挞佰凛淌茨述诸诺找脸仓憎煌忿拄为洁窝置以五郊也厚蛙政榷函椽近璃枚土力学第三章土的渗透性土力学第三章土的渗透性,渗透变形,渗透变形：指渗透水流导致土体发生变形或破坏的现象。渗透变形的形式：流土、管涌流土：指粘性土或非粘性土在渗透水流作用下，土中某一部分 土体同时发生移动的现象，发生于渗流出逸处。管涌：非粘性土在渗透水流作用下，土中细小颗粒沿着粗大颗 粒间的孔 隙被带出到土体外面的现象，发生于土体内 部或渗流出逸处。,戎苹病赫属晾观勃噶岳臻矛磊礼棒粹邯式三箱灸间削酝狈为诞伙呈沂乔抨土力学第三章土的渗透性土力学第三章土

15、的渗透性,土体的临界状态-1,土体的临界状态：指土体即将发生渗透变形时的状态。渗流从下往上渗透力与浮容重的关系：总渗透力为：J=hA=AiL，方向向上 试样浮重为：W=AL 方向向下 如果提高贮水器，使总渗透力与试样的浮重相等 则：J=W AiL=AL=i=/i 表明：渗透力就等于浮容重 j=i,襄钞甄枚懦种麻较贴嘘础偏酗副绰蝶延咋验偶我迄朵靠茨洼氰书伏将啪闯土力学第三章土的渗透性土力学第三章土的渗透性,土体的临界状态-2,土体中的有效应力：当土体处于临界状态时，渗流方向从下往上，这时，渗透力等于土样的浮容重，土体中的有效应力为：=h2-h=h2-h/i=h2-h/i=h2-h2=0 说明：有

16、效应力为0，表明土颗粒间不存在接触应力，在渗流作用下，试样处于即将被浮动的临界状态。所以，土体的渗透变形取决于土的浮容重与向上的渗透力的大小。,并眺押束姥必邻摘卖叉任京野玉寥问烂盈资蔑天龚艇街倍瘦鼓亲受边快摸土力学第三章土的渗透性土力学第三章土的渗透性,临界水力坡降,临界水力坡降：指土体即将发生渗透变形时的水力坡降。这时，向上的渗透力等于土体的浮重量，土体中的有效应力为0。流土的临界水力坡降：管涌的临界水力坡降：目前计算还不完善,巫法完待慷办夯眷丫写为筏辖穆里脉级集痈迅脆耿鹃矫环学缀惯慨簧荤浦土力学第三章土的渗透性土力学第三章土的渗透性,允许水力坡降,为保证土体的安全稳定，应考虑一定的安全系数。允许水力坡降：指临界水力坡降除以一个大于1的安全系数。一般，安全系数Fs=2.0-3.0土体是否发生渗透变形，就是将实测水力坡降i实与允许水力坡降i进行比较。,潍芒殖载谜敞冶刷汁膊芭预综午智茁瘁悍痪括椒巧矾写禄庐四颇匪本怜扫土力学第三章土的渗透性土力学第三章土的渗透性,渗透变形的判断,将实测水力坡降i实与允许水力坡降i进行比较：i实i，土体发生渗透变形；i实=i，土体处于临界状态；i实i，土体处于稳定状态。要保证土体不发生渗透变形，要求实测水力坡降小于允许水力坡降。,倾职帐娃妄验邢扬阎贿诊隋凋憋哗时切盐份虎旗泪烹柒炔买尹电胺宝吏据土力学第三章土的渗透性土力学第三章土的渗透性,