《土力学与地基基础》第一章 工程地质.ppt

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1、土力学地基基础 Soil Mechanics and Foundation Engineering,河南科技大学建工学院高笑娟,第一章 工程地质,本章主要内容1、地质年代2、矿物与岩石3、第四纪沉积层4、不良地质条件5、地下水,1、地质年代,生成年代越久，土与岩石的工程性质越好。（1）太古代：距今1800百万2700百万年；（2）元古代：距今600百万1800百万年；（3）古生代：距今225百万600百万年；（4）中生代：距今70百万225百万年；（5）新生代：距今12000年25百万年。,2、矿物与岩石,（1）地质作用 导致地壳物质成分及地表形状、岩层结构、构造发生变化的一切自然作用都称为地

2、质作用。这些作用有些进行得剧烈而又迅速，较易为人们所觉察；但在更多的情况下，则进行得非常缓慢，很难为人们直接觉察。这些作用虽然进行得十分缓慢，但其作用痕迹却随处可见。它们是海陆变迁、地壳运动留下的有力的证据。按地质作用力的来源不同，可将地质作用划分为内力地质作用和外力地质作用。,1）内力地质作用 由地球的旋转能和地球中的放射性物质在其衰减过程中释放出的热能所引起的地质作用称为内力地质作用。大多数的地震以及岩浆活动、地壳运动和变质作用等都属内力地质作用现象。2）外力地质作用 由太阳的辐射能和地球的重力位能所引起的地质作用称为外力地质作用。常见的外力作用现象有气温的变化，雨、雪、风，地面汇流、河流

3、、湖泊、海洋作用，以及生物作用和重力作用等等。,3）地质循环 各内力地质作用及外力地质作用现象进行归类可将其划分为风化剥蚀、搬运沉积、变质作用以及构造运动4种类型。这4种类型的地质作用在地壳上构成了一个巧妙的循环过程，如图所示。,风化剥蚀使暴露于地壳表面的岩石破碎剥落，破碎剥落的岩石碎屑物质被一定的外力地质作用搬运后在一定的地质环境中沉积下来，当这些沉积下来的岩石碎屑物质埋入地下一定深处，就会在高温高压作用下变质成岩，变质成岩的岩体在构造运动作用下一旦暴露于地壳表面又会重新被风化剥蚀，进入下一个循环过程，我们称这种循环为地质循环。,（2）主要造岩矿物 矿物是地壳中的一种或多种元素在各种地质作用

4、(自然作用)下形成的自然产物，是具有一定化学成分、内部构造和物理性质的自然元素或化合物。矿物是构成地壳的最基本物质。构成岩石的矿物，称为造岩矿物。目前发现的地壳中的造岩矿物多达3000余种，以硅酸盐类矿物为最多，约占矿物总量的90，其中最常见的矿物约有50余种。黄铁矿，赤铁矿，褐铁矿，磁铁矿等等。,1）矿物的种类A、原生矿物：由岩浆冷凝而成，主要有石英、长石、角闪石、辉石、云母等；B、次生矿物：由原生矿物风化而成，长石高岭石；辉石、角闪石绿泥石。,2）矿物的主要物理性质A：颜色自色：指矿物本身固有的颜色，与矿物成分中某些色素离子的 存在以及晶体构造有关。他色：指矿物因含有外来带色杂质的机械混入

5、物所染成的颜 色，它与该矿物的本质因素无关。假色；为矿物表面氧化膜、内部解理面、细小裂缝、薄膜包体 等引起光波干涉而产生的颜色。,B：条痕色 矿物在无釉白色瓷板上摩擦时所留下的粉末痕迹，即矿物粉末的颜色，成为条痕色。条痕色可以消除假色，减弱他色，保存自色，因而比矿物颗粒的颜色更为固定。C：透明度 矿物的透明度是指矿物允许光通过能力的大小，它决定于矿物对光的反射及吸收的程度不同，通常凡是对光吸收越强，其反射亦越强，而透过的光则很少，矿物的透明度就越弱。,D：光泽 矿物的光泽是指矿物表面反射光的能力，是用肉眼鉴别矿物的重要依据之一。根据矿物表面反光强弱可将光泽分为金属光泽、半金属光泽、金刚光泽、油

6、脂光泽、珍珠光泽、丝绢光泽、蜡状光泽以及土状光泽。,E：硬度 矿物的硬度是指矿物抵抗外来机械作用的强度。一般用刻划方法来比较矿物硬度的相对高低。通常选用10种硬度不同的硬度矿物作为标准，根据相互刻划时相对软硬的高低将硬度分为l0级，这10种标准的硬度矿物组成了摩氏硬度计，如表所示。一般矿物硬度等级多在26之间。,F：解理 矿物在外力作用下总是沿一定的结晶方向裂成光滑平面的性质即为解理，裂开的光滑平面成为解理。解理总是沿着晶体构造中面向与而网之间连接力最弱的平面发生。相互平行的一系列解理面称一组解理。G：断口 矿物在外力打击下，不以一定结晶方向发生断裂形成的断裂面即为断口。,H：比重 比重指矿物

7、的质量与4时同体积水的质量的比值。每种矿物都有其自己的元素和晶体结构，因此都有一定的比重，它是鉴别矿物的一项重要物理参数。,造岩矿物绝大部分是结晶质，即组成造岩矿物的质点在矿物内部按一定的规律排列，形成稳定的结晶格子构造，在生长过程中，如果不受空间限制，都能自发地长成具有规则几何外形的结晶多面体。(a)食盐的内部构造和晶体(b)石英的晶体(c)正长石的晶体,(d)斜长石的晶体(e)辉石的短柱状晶体及横切面形状(f)云母的晶形,(g)磁铁矿的晶形(h)萤石的立方双晶(i)方解石的菱面体晶体,3）岩石的类型和性质A：岩石的类型 a：岩石按成因分为三类：岩浆岩（火成岩）；沉积岩（水成岩）；变质岩 b

8、：岩石按坚固性分成两类：硬质岩石（饱和单轴极限抗 压强度不小于300MPa）；软质岩石（饱和单轴极限抗 压强度小于300MPa）。c：岩石按风化程度分为四类：未风化；微风化；中等风 化；强风化B：岩石的性质 主要包括：天然重度；比重；抗压强度；弹性模量；承 载力,3、第四纪沉积层1）残积层 母岩经风化、剥蚀，未被搬运，残留在原地的岩石碎屑，称为残积层。以残积层作为建筑物地基时，应注意不均匀沉降和土坡稳定性问题。2）坡积层 雨水和融化雪水洗刷山坡时，将山上的岩屑顺着斜坡搬运到较平缓的山坡或山麓处，逐渐堆积形成坡积层。坡积层厚薄不均匀，土质也不均匀，孔隙大，压缩性高。以残积层作为建筑物地基时，应注

9、意不均匀沉降和土坡稳定性问题。,3）洪积层 由暴雨或大量融雪形成山洪急流，冲刷并搬运大量岩屑，流至山谷出口与山前倾斜平原，堆积形成洪积层。以洪积层作为建筑物地基时，应注意土层的尖灭和透镜体引起的不均匀沉降，需要详细进行工程勘察。,4）冲积层 由河流的流水将岩屑搬运、沉积在河床较平缓地带，形成的沉积物称为冲积层。主要有以下几类：A：平原河谷冲积层 a：河床沉积层；b：河漫滩沉积层；c：河流阶地沉积层；d：古河道沉积层 B：山区河谷冲积层 C：山前平原冲积洪积层 D：三角洲沉积层,E：海相沉积层 a：滨海沉积层 b：大陆架浅海沉积物 c：陆坡沉积物 d：深海沉积物F：湖沼沉积层 a：湖相沉积层 湖

10、边沉积层 湖心沉积层 b：沼泽沉积层,4、不良地质条件（1）断层 1）定义 岩层在地应力作用下形成断裂构造，断裂面两侧的岩体显著发生相对位移称为断层。断层显示地壳大范围错断，如图所示。,应注意：断层形成的年代越新，则断层的活动可能性越大。永久性建筑物，尤其是水库大坝应避免横跨在断层上。一旦断层活动，破坏挡水坝，库水下泄，相当于人造洪水，后果不堪设想。,根据断层面两侧岩体的相对位移方向，断层可分为三种基本的类型：正断层、逆断层和平移断层，如图所示；正断层：指上盘相对于下盘做下降运动、下盘相对于上盘做上升运动的断层。逆断层：指上盘相对于下盘地上升运动、下盘相对于上盘做下降运动的断层。推断层：指断块

11、沿断层走向相对移动的断层。（a）正断层（b）逆断层（c）平移断层,2）断层与工程的关系 在断层发育地带修建隧道是最不利的一种情况。由于岩层的整体性遭到破坏和水的侵入，岩体的强度和稳定性都很差，容易产生洞顶坍塌、透水等恶性事故，影响施工安全。因此，当隧道轴线与断层走向平行时，皮尽量避免与断层破碎带接触。隧道横穿断层时，虽然只有个别段落受断层影响，但因地质条件较差，必须预先考虑措施，保证施工安全。特别是当断层规模很大，或者穿越断层带时会使施工十分困难，在确保隧道平面位置时，要尽量设法避开。,（2）节理 定义 岩层在地应力作用下形成断裂构造，但末发生相对位移时称为节理。通常节理的长度仅数米，间距小于

12、0.4m。互相平行的节理，称为组节理。若岩层具有三组以上的节理，称为节理发育，此时，岩体被节理切割成碎块，破坏了岩层的整体性。节理的存在，在工程上除有利于开挖外，对岩体的强度和稳定性均有不利的影响。节理的存在，破坏了岩体的完整性，促进了岩体风化，增强了岩体的透水性，降低了岩体的强度和稳定性。当节理发育方向与线路走向平行，且倾向与边坡一致时，不论岩体产状如何，路堑边坡都容易发生崩塌等不稳定现象。在路基施工中，如果岩体存在节理，还会影响爆破作业的效果。,（3）滑坡1）山坡失稳的原因 A：人类活动的因素 a：在山麓建房，为利用土地削去坡脚；b：在坡上建房，增加坡面荷载；c：生产与生活用水大量入渗坡积

13、物，降低土的抗剪强 度。B：自然环境因素 a：坡脚被河流冲刷，使原天然土坡变陡；b：当地连降暴雨，大量雨水入渗，降低土的内摩擦角。2）山坡滑动实例,（4）河床冲淤 平原河道往往有弯曲，凹岸受水流的冲刷产生坍岸，危及岸上建筑物的安全；凸岸水流流速慢，产生淤积，使当地的抽水站无水可抽。河岸的冲淤在多沙河上尤为严重，例如，在渲关上游黄河北干流，河床冲淤频繁，黄河主干流游荡，当地有“二十年河东，二十年河西”的民谣。渭河下游华县、华阴与渣关一段河床冲淤也十分严重。,（5）岸坡失稳 河、湖、海岸在自然环境中通常是稳定的，若在岸边修建筑物，由于增加了工程的荷重，可能使岸坡失稳，产生滑动。若地基土质软弱，还应

14、考虑在地震动荷作用下，土的抗剪强度降低，岸坡可能产生滑动。（6）河沟侧向位移 小河沟宽、深度仅数米，不起眼，但若靠近河沟修建筑物，当地基土为含水量高、密度低的粘性土则此建筑物地基可能向河沟方向侧向位移，导致工程发生倾斜或墙体开裂事故。,5、地下水 地下水通常是指地表以下岩上空隙中的重力水，对人类和地球上的其他很多生物面言。它是地壳中极其重要的自然资源之一，亦是岩土三相物质中的一个重要组成部分。地下水在岩上工程中常常起着很重要的作用。,铁路工程中，路基的沉陷常和地下水的活动有着直接的联系；公路工程中，地下水位较高时，常会因土的毛细作用面改变路基的干湿类型。引起各种路基病害；采矿工程中，地下水引起

15、的工程事故是最主要的采矿工程灾害之一；地下水的渗流可以引起岩土体的渗透变形，直接影响建筑物及其地基的稳定与安全；地下水位的变化，可使地基土的强度降低，使建筑物产生不均匀沉降；在地基工程中，深基坑的开挖常常会遇到基坑降水问题，并因为基坑降水引起的地下水渗流问题而造成基坑边坡的移动和基坑周围地面的沉陷；当地下水含有较多的酸类物质时，还有可能造成地下结构物的腐蚀和破坏。,（1）地下水的类型及特征 地下水埋藏、分布在一定的岩土层和地质构造中，并按照补给、径流和排泄的规律不断地运动和变化着。自然界中的岩上体，无论是松散堆积物还是坚硬的基岩，都具有多少不等、形状不一的空隙。不同的土体中的空隙形状、多少、大

16、小、连通程度以及分布状况等待征都有很大的差别，岩石的这些特征统称为岩石的空隙性。岩石中的空隙是地下水储存的场所和运动的通道，因此岩石的空隙性在很大程度上决定着地下水的埋藏、分布及运动状况。,岩土体中的各类空隙示意图（a）分选及浑圆良好的砾石（b）砾石中填充砂浆（c）石灰岩中的溶隙（d）块状结构岩中的裂隙,1）水在岩土体中的储存形式 天然状态的土一般都含有水，而水常以不同的形式存在于土中，并与土粒相互作用着，它是影响土工程地质性质的重要因素之一。按土中水的存在形式、状态、活动性及其与土的相互作用，分为矿物成分水、结合水、自由水；按物质状态分为液态水、气态水和固态水。,2）岩土的水理性质 岩土的空

17、隙性为地下水的储存和运动仅提供了空间条件，但水能否自由地进入这些空间以及进入这些空间的地下水能否自由地运动和渗出，则与岩土的水理性质有直接关系。水与岩土作用后所表现出的各种性质称为岩土的水理性质。岩土的水理性质主要包括胀缩性、崩解性、毛细性、容水性、持水性、给水性、透水性和可塑性等等。,A：胀缩性 土遇水后体积增大的性能，称为土的膨胀性；土失水时体积缩小的性能称为土的收缩性。B：崩解性 粘性土在浸水的过程中崩散、解体的现象称为土的崩解。粘性土崩解的形式多种多样，有的呈均匀散粒状，有的呈鳞片状，有的呈块状或块裂状等。崩解是膨胀的特殊形式及其进一步的发展，它们都是土粒表面水化膜增厚的结果。,C：毛

18、细性 毛细现象是水在空气和水的界面张力作用下沿着途中狭小的毛细管状孔隙上升或以自由水的形式悬挂在毛细管状孔欧内的现象。毛细现象和由此引发的毛细作用统称土的毛细性。D：容水性 容水性是指岩土能容纳一定水量的性能，用容水度表示。容水度等于岩土中所能容纳水的体积与岩土总体积的百分比值。当岩上中的空隙完全被水充填时，水的体积就等于岩土空隙的体积，所以容水度与土的孔隙度接近。,E：持水性 岩石依靠分子引力和毛细力在其空隙中能保持一定水量的性质称为持水性。岩土的持水性用持水度表示，即在重力释水条件下，岩土空隙中所能保持的水的体积占岩土总体积的体积分数。根据保持水的形式不同，持水度可细分为毛细持水度和分子持

19、水度。毛细持水度是毛细管孔隙被水充满时，岩石所保持的水量与岩土体积之比。分子持水度是岩石所能保持的最大结合水量与岩土体积之比。结合水是因岩石颗粒表面的吸引力而保持的，因此，岩土颗粒愈细小，表面积越大，结合水量便越多。,F：给水性 各种岩土饱水后，在重力作用下能释出一定水量的性质称为岩土的给水性。给水性用给水度来表示，即饱水岩土在重力作用下释出水的体积与岩土总体积的体积分数。给水度等于岩土的容水度减去持水度。G：透水性 岩土允许重力水通过的性能称为透水性或渗透性。岩土能透水的根本原因在于其本身存在相互连通的空隙，水只能沿着这些空隙通路流经而过。因此，空隙的大小与其连通程度直接决定着岩土透水性的强

20、弱，其次才是空隙的多少。衡量岩土透水性强弱的指标是渗透系数A。,3）地下水的分类 自然界不存在没有空隙的岩土层，也就几乎不存在不合有水的岩土层。其容水、持水和给水性关键在于其水理性质。空隙小的岩土体，含的几乎全是结合水；空隙较大的岩层，主要含有重力水，它能给出和透过水。根据岩土层给出和透过重力水的能力，可把岩土层划分为含水层和隔水层。含水层是指渗透性大、给水性强且饱含重力水的岩土层。当岩土层具有地下水储存和运动的空间、有储存地下水的地质条件、并有一定的补给水源时即可形成含水层。,隔水层是指渗透性极小、给水性也极小的岩土层。能储存地下水的地质构造称为储水构造，也就是含水层与闲水层相互组合而形成的

21、能储存地下水的地质环境即地下水的埋藏条件。在各种不同的地质环境中，含水层与隔水层的形成控制着地下水的聚集、分布和埋藏。根据埋藏条件不同，可以把地下水分为上层滞水、潜水和承压水三大类：A：上层滞水 上层滞水又称包气带水，是指在包气带中的局部隔水透镜体之上、具有自由水而的重力水。上层滞水的形成除受岩层组合控制外，还受岩层倾角、分布范围以及地形等因素的影响。上层滞水不仅可以在松散沉积层中形成，在基岩地区亦同样可以形成。,B：潜水 埋藏在地表以下第一个连续、稳定分布的隔水层之上的重力水层称为潜水。潜水一般具有以下基本特征(1)无压水：由于潜水面之上无稳定的隔水层存在，因此，潜水具有自由的水面，是无压水

22、。有时在潜水面之上虽会存在着局部不稳定的隔水层，在此不稳定隔水层内的局部范围内虽现局部的微弱承压现象，但这并不能影响整个含水层的潜水特征。C：层间水(承压水)层间水是指存在于上、下两个稳定隔水层之间的含水层中的重力水。一般情况下，层间水充满于两个稳定隔水层之间的含水层中，对隔水顶板具有一定的超静水压力作用，因此人们习惯称层间水简称为承压水。,（2）土的毛细性 土的毛细性是指能够产生毛细现象的性质。土的毛细现象是指土中水在表面张力作用下，沿着细的孔隙向上及其它方向移动的现象。1）毛细现象对工程的影响：A：毛细水的上升是引起路基冻害因素之一；B：对建筑毛细水上升引起地下室过分潮湿；C：毛细水的上升

23、可能引起土地的沼泽化和盐渍化；D：当地下水有浸蚀性时，毛细水上升对建筑物和构筑物的基础中的混凝土、钢筋等形成浸蚀作用。,2）地下水上升原理 毛细水的上升是由于液体的“表面张力”和毛细管的“湿润现象”产生的。,（3）地下水对工程建设的影响 1）对边坡稳定的影响 对于遇水容易软化的岩层，地下水常可使岩石内部的联结变弱，强度降低。凡是节理发育、风化严重、层间夹有成土矿物的岩体，除大气降水或由其他地表水渗入地面以下形成地下水外，在干旱少雨地区，也可由空气中的水汽侵入岩石缝隙或土的孔隙，经凝结作用形成地下水。储存在岩质斜坡中的地下水，不仅可以降低岩石的强度，使软弱夹层的粘聚力和内摩擦力削弱，或者使岩体发

24、生膨胀、崩解，还可使层间的覆土矿物含水饱和而形成润滑剂。对于局部岩体成岩块，地下水还可附加以浮力、静水压力，促使岩块在重力作用下碎落相滑移。由于地下水对岩土边坡经常起到破坏作用，因此地下水比地面流水对边坡稳定性的危害也更严重。,2）对线路工程施工等的影响 具有一定静水压力的承压水，常常因事先容易被忽略或因缺乏地质钻探，尤其是缺乏地下水的钻探资料而无法预计，以致在桥梁基础施工过程中造成严重的影响。在路基或其他人工构筑物的开挖过程中，有时常见裂隙或土层中溢水影响工程进度或施工操作，此时，通常用撤去水流或截断水源的方法进行处理。若在选择隧道位置时，除必须注意岩性、地质构造和岩石风化程度外，还应注意地

25、下水可能对工程施工及工程质量造成的影响。,3）对路基路面养护的影响 埋藏较浅的地下潜水，经过土的物理作用，常常影响路基路面的强度和稳定性。在潮湿多雨或季节性降雨相对集中的地区，地下水位上升时，可使路基底面天然土层的含水量达到饱和，经毛细作用可使路基填土的含水量增大，严重破坏了路基土原有的干湿状态，使路基的强度下降、变形增大，对路面结构的工作状态不利，严重时可导致路面破坏。,在季节性冻融地区，埋藏较浅的地下水，经聚冻作用可使表土层的含水量达到饱和状态，冻融时就会导致地面或路基路面产生严重翻浆，以致公路无法通车。因此，在这类地区填筑路堤，应按路面设计规范所要求的路堤设计高度，一定要保证土基高度，最

26、好要超过最高地下潜水位加上填土的毛细高度。若填土高度受到限制，应采取措施降低地下水位或隔断地下水的其他措施来改善路基的工作性状。,4）对建筑工程的影响 地下水位下降，可引起软土地基产生固结沉降，轻者造成邻近建筑物或地下管道的不均匀沉降；重者使建筑物基础下的土体颗粒流失，不均匀沉降加剧导致建筑物开裂，危及建筑物的安全使用。对以粉细砂及粉土为主的场地，地下潜水位上升，地震时可能产生砂土液化现象；在基础开挖工程过程中可能产生流砂、潜蚀、坑底隆起、侧壁变形、坍塌等工程事故。地下水位的上升，还可能使基础上浮，建筑物失稳。,A：一般情况下，当地下水位的升降变化只在地基基础底面以上某一范围内发生变化时，则对

27、地基基础的影响不大。B：当地下水位在基础底面以下压缩层范围内发生变化时，则直接影响建筑物的稳定性。若水位在压缩层范围内上升，则水浸湿软化地基土，使其强度降低、压缩性增大，建筑物可能产生较大的沉降变形，尤其是对结构不稳定的湿陷性黄土等更为严重。若地下水位在压缩层范围内下降时，则岩土的自重应力增加，可能引起地基基础的附加沉降。若土质不均或地下水位的突然下降，也可能使建筑物发生变形、破坏。,C：在有地下结构物的建筑工程中，地下水位上升必将对结构物产生浮托作用。当岩土体的节理裂隙或孔隙中的水与岩土体外界地下水相通，其浮托力应为岩土体的岩石体积或土颗粒体积部分的浮力。对于地下结构物而言，地下水的浮托力则

28、是结构排开水的重量。在不利荷载作用下，地下水位的变化可能引起结构物整体上浮或底板开裂，甚至破坏。另外，还将对地下结构物的防潮、防湿不利。某些设置地下室的房屋和钢筋混凝土水池这样的建筑尤其应该注意。,D：地下水位的变化还会直接影响到河谷阶地、岸坡或边坡岩土体的稳定。地下水位上升时，岩土被软化而抗剪强度降低；水位下落时，水沿斜坡岩土层渗流，产生水动力，引起潜蚀或溶蚀，破坏岩土的结构，称为岩土不稳定因素，严重的会形成滑坡。若建筑场地选在滑坡地带，必将遭到破坏。E：我国高寒地区，当建筑物地基内的水位上升时，地下水会因冻结作用在土中形成冰夹层，致使地基土出现冻胀、融陷现象，危机建筑物的安全和正常使用，这

29、种情况应慎重对待。,所以，了解地下水位的变化对建筑物的影响十分重要。在实际工作中，应事先了解地下水位的变化，针对不同情况，采取不同的防护措施。在设计水池、地下室等地下结构物时考虑它们在最不利荷载组合情况下，或利用自重抗浮，或利用抗浮锚杆抗浮等。在河谷阶地、岸坡和斜坡地带建房，应当考虑边坡的稳定，必要时应加固边坡，防止破坏。,（4）地下水的运动 1）地下水的渗透 存在于地基中的地下水，在一定的压力差作用下，将透过土中孔隙发生流动，这种现象称为渗流或渗透。下面讨论四个问题：A：渗透模型；B：层流渗透定律；C：渗透系数的确定；D：动水压力及流砂现象。,2）渗透模型 考虑到实际工程可对渗流作如下简化：

30、一是不考虑渗流路径的迂回曲折；二是不考虑土体中颗粒的影响，这种假想的渗流模型。A：模型的流量等于真实的流量；B：模型的压力等于真实的压力；C：模型所受到的阻力与真实渗流所受到的阻力相等。对于渗透速度，用单位时间内通过土体单位面积的水量这种平均渗透速度来代替真实速度。,3）达西定律：法国学者达西（darcy，H.）于1856年通过砂土的渗透实验，发现地下水的运动规律，称为达西定律。上式等号两边同除以试样截面面积F，得达西定律如下：,v水在土中的渗透速度,cm/s，它不是地下水的孔隙中流动 的实际速度，而是在单位时间（s）内流过单位面积（mm2）的水量（mm3），是假想的平均流速；k土的渗透系数,

31、cm/s，相当于水力梯度i=1时的渗透速 度；i水力坡降,i=h/L，表示单位渗流长度上的水头损失。土的渗透系数k是一个待定的比例系数，其物理意义为单位水力坡降（即i=1）时的渗透速度。K值的大小与土的组成、粒径级配、孔隙比以及水的温度有关。渗透系数k的测定方法：现场试验；室内实验；经验值。,渗透系数k是综合反映土体渗透能力的一个指标，其数值的正确确定对渗透计算有着非常重要的意义。影响渗透系数大小的因素很多，主要取决于土体颗粒的形状、大小、不均匀系数和水的粘滞性等，要建立计算渗透系数k的精确理论公式比较困难，通常可通过试验方法(包括实验室测定法和现场测定法)或经验估算法来确定k值。,达西定律是

32、由砂质土体实验得到的，后来推广应用于其他土体如粘土和具有细裂隙的岩石等。,影响渗透系数的因素土的粒度成分及矿物成分；土的密实度；土的饱和度；土的结构；土的温度；土的构造。,4）动水力GD 动水力：土体中渗流的水对单位体积土体的骨架作用的力，是水流对土体施加的体积力，kN/m3。水在土中流动的过程中将受到土阻力的作用，使水头逐渐损失。同时，水的渗透将对土骨架产生拖曳力，导致土体中的应力与变形发生变化。这种渗透水流作用对土骨架产生的拖曳力称为动水压力。用GD表示(kN/m3)。,在许多水工建筑物、土坝及基坑工程中，渗透力的大小是影响工程安全的重要因素之一。实际工程中，也有过不少发生渗透变形(流砂或

33、管涌)的事例，严重的使工程施工中断，甚至危及邻近建筑物与设施的安全。因此，在进行工程设计与施工时，对渗透力可能给地基土稳定性带来的不良后果应该具有足够的重视。式中 GD动水力，kN/m3；i水力坡降；w水的重力密度，kN/m3。,5）流土和管涌A：流土：地下水流动时，若水流的方向由上向下，此时动水力的方向与重力方向一致，使土颗粒压得更紧，对工程有利。如果地下水水流方向相反，动水力的方向与重力方向相反。当动水力足够大时，会将土体冲起，造成破坏。当动水力GD的数值等于或者大于土的浮重度时，土体被水冲起的现象，称为流土。icr称为临界水力坡降，即将产生流土。,B：管涌 当土体颗粒级配不连续时，水流可

34、将土体粗粒孔隙中充填的细粒土冲走，破坏土的结构，这种作用称作管涌。长期管涌的结果，形成地下土洞，土洞由小变大，可导致地表塌陷。,C：流土与管涌的区别 a：流土发生时水力梯度i大于临界水力梯度icr，而管涌可以 发生在的情况下；b：流土发生的部位在渗流逸出处，而管涌发生的部位可以 在渗流逸出处，也可以在土体内部；c：流土破坏往往是突发性的，而管涌破坏一般有一个时间 发展过程，是一种渐进性质的破坏；,d：流土发生时水流方向向上，而管涌发生时则没有此限制；e：只要水力梯度达到一定数值，任何类型的土都可以发生流土破坏；而管涌只发生在有一定级配（如不均匀系数Cu10）的无粘性土中，且土中粗颗粒所构成的孔隙直径必须大于细颗粒的直径。,