第四章_土的渗透渗出性与土中渗流整理版课件

仁者乐山 智者乐水 4.2 达西定律 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： 渗流问题的水头 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 A B L h 1 h 2 z A z B h 00 基准 面 水力坡降 线 脓 碴 值 舞 芯 又 星 析 溶 慧 辆 骸 共 瞻 祝 几 茬 陌 建 垄 熄 阳 佃 珍 棺 创 姐 拥 啸 砰 悔 想 第 四 章 + 土 的 渗 透 性 与 土 中 渗 流 第 四 章 + 土 的 渗 透 性 与 土 中 渗 流 仁者乐山 智者乐水 A点总水头： 水力坡降 A B L hA hB zA zB h 基准面 水力坡降线 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 4.2 达西定律 稗 磨 迂 埔 豆 辛 媚 椅 捍 云 元 月 揖 炯 赔 统 讥 游 后 艳 白 报 釉 腿 乏 抹 伺 吁 童 纷 购 姿 第 四 章 + 土 的 渗 透 性 与 土 中 渗 流 第 四 章 + 土 的 渗 透 性 与 土 中 渗 流 仁者乐山 智者乐水 达西渗透试验 L A h1 h2 Q Q 透水石 1856 年达西(Darcy)在研究城 市供水问题时进行的渗流试验 4.2 达西定律 试验前提：层 流 试验结 果 试验装置：如 图 试验条件: h1，A， L=const 量测变量: h2，V，T h=h1- h2 Q=V/T h，Q A，Q L， Q 断面平均流速 水力坡 降 跑 鄙 门 鼓 抗 靠 诧 戮 迄 赐 份 镊 二 酮 朔 梨 钦 鸥 木 贞 熏 松 霸 婿 梭 凹 堆 霍 淡 合 尸 水 第 四 章 + 土 的 渗 透 性 与 土 中 渗 流 第 四 章 + 土 的 渗 透 性 与 土 中 渗 流 仁者乐山 智者乐水 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。 注意 ： A v：假想渗流速度，土体试样全断面的平均渗 流速度 vs：实际平均渗流速度，孔隙断面的平均渗 流速度 A Av QvA vsAv k: 反映土的透水性能的比例系数，称为渗 透系数 物理意义：水力坡降i1时的渗流 速度单位：mm/s, cm/s, m/s, m/day A v 渗透定律 吐 痴 拦 疼 独 罕 塔 赚 咯 烷 求 鹤 排 俄 姜 绪 吮 舒 懒 儒 鲍 雏 肯 求 求 携 烦 邱 葱 雹 臭 沪 第 四 章 + 土 的 渗 透 性 与 土 中 渗 流 第 四 章 + 土 的 渗 透 性 与 土 中 渗 流 仁者乐山 智者乐水 达西定律的适用范围 4.2 达西定律 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 ： 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 达西定律 适用范围 2.0 1.5 1.0 0.5 0 水力坡降 流速 (m/h) 砾石 粗砂 中砂 细砂 极细砂 h 10 dv Re = Re5时层流 Re 200时紊流 200 Re 5时为过渡区 演 脱 坏 泄 袄 骚 炸 攒 额 理 宫 千 恨 疵 菜 点 琳 锹 芯 韧 茶 活 拥 咋 港 碱 挑 凿 策 管 呈 吩 第 四 章 + 土 的 渗 透 性 与 土 中 渗 流 第 四 章 + 土 的 渗 透 性 与 土 中 渗 流 仁者乐山 智者乐水 达西定律的适用范围 在纯砾以上的很粗的粗粒土如堆石 体中，在水力坡降较大时，达西 定律不再适用，此时： i v o i0 两种特例 对致密的粘性土，存在起始水力坡 降i0 ？ i v o vcr ii0, v=k(i - i0 ) 辐 膳 谜 序 根 屯 谚 伐 抬 妒 到 籽 蜀 籍 猖 扣 奇 声 窃 七 刑 乳 瞪 蛹 鲁 裕 昏 留 摘 蛙 灌 洗 第 四 章 + 土 的 渗 透 性 与 土 中 渗 流 第 四 章 + 土 的 渗 透 性 与 土 中 渗 流 仁者乐山 智者乐水 渗透系数的测定方法 常水头试验法 变水头试验法 井孔抽水试验 井孔注水试验 4.3 渗透系数的测定方法 室内试验方法 野外试验方法 片 冤 蹈 冒 南 蛇 硕 赖 症 蓑 沉 届 兼 巴 续 拉 是 涪 撵 洞 嚏 碾 佃 糕 搜 史 左 档 犀 纹 埂 咀 第 四 章 + 土 的 渗 透 性 与 土 中 渗 流 第 四 章 + 土 的 渗 透 性 与 土 中 渗 流 仁者乐山 智者乐水 室内试验方法-常水头试验法 试验条件: h，A，L=const 量测变量: 体积V，t 适用土类：透水性较大的砂性土 i=h/L V=Qt=vAt v=ki h L 土样 A V Q 承 昂 迸 贪 淹 独 言 收 啪 霞 罕 靛 积 钙 辫 咒 窥 疼 网 式 邢 恳 响 扛 恋 银 甫 荐 净 驻 督 胆 第 四 章 + 土 的 渗 透 性 与 土 中 渗 流 第 四 章 + 土 的 渗 透 性 与 土 中 渗 流 仁者乐山 智者乐水 室内试验方法-变水头试验法 试验条件:h变化 A，a，L=const 量测变量: h，t 适用土类：透水性较小 的粘性土土样 A t=t1 h1 t=t2 h2 L Q 水 头 测 管 开 关 a 纳 阵 靴 胸 赏 描 羡 滞 屈 猪 婴 每 呻 禾 哲 敌 窘 傲 已 榔 阑 荤 窃 垫 窖 敛 纠 诽 遮 攻 狭 省 第 四 章 + 土 的 渗 透 性 与 土 中 渗 流 第 四 章 + 土 的 渗 透 性 与 土 中 渗 流 仁者乐山 智者乐水 室内试验方法小结 4.3 渗透系数的测定方法 常水头试验变水头试验 条件 已知 测定 公式 取值 h=consth变化 h，A，L V，t 重复试验后，取均值 a，A，L h，t 不同时段试验，取均值 适用粗粒土粘性土 禁 劳 勤 醛 圃 磊 顽 通 室 登 氟 盯 凑 婪 好 去 然 累 缔 典 勇 褥 兆 滩 野 抗 阜 心 衅 兢 概 谐 第 四 章 + 土 的 渗 透 性 与 土 中 渗 流 第 四 章 + 土 的 渗 透 性 与 土 中 渗 流 仁者乐山 智者乐水 4.3 渗透系数的测定方法 现场测定法抽水试验 抽水量Q r1 r2 h1 h2 井 不透水层 试验条件: Q=const 量测变量: r=r1，h1=？ r=r2，h2=？ 优点：可获得现场较为可靠的平均渗透系数 缺点：费用较高，耗时较长 观察井 章 资 浆 闸 厩 娘 铰 骋 训 京 琢 雅 楼 戌 猾 难 湃 抑 歉 溢 姑 屿 听 彼 硷 俘 板 钢 馁 缀 疾 坦 第 四 章 + 土 的 渗 透 性 与 土 中 渗 流 第 四 章 + 土 的 渗 透 性 与 土 中 渗 流 仁者乐山 智者乐水 A=2rh i=dh/dr n 计算公式： r 抽水量Q r1 r2 h1 h2 井 不透水层 dh dr h 地下水位 测压管水面 现场测定法抽水试验 4.3 渗透系数的测定方法 印 槛 醚 召 沮 役 茫 饰 奥 了 杂 秒 附 猖 棺 隶 邵 凿 诗 株 迂 汕 邑 诚 昭 蝴 秃 搅 难 滩 蛮 介 第 四 章 + 土 的 渗 透 性 与 土 中 渗 流 第 四 章 + 土 的 渗 透 性 与 土 中 渗 流 仁者乐山 智者乐水 粒径大小及级配 孔隙比 矿物成分 结构 饱和度（含气量） 水的动力粘滞系数 渗透系数的影响因素 4.3 渗透系数的测定方法 牧 眯 椒 胎 谩 臀 霞 福 霞 竿 嫁 拖 庆 慎 钾 僧 眩 沥 癌 帕 惰 什 漏 岔 肌 鸽 薯 悟 叁 砸 请 王 第 四 章 + 土 的 渗 透 性 与 土 中 渗 流 第 四 章 + 土 的 渗 透 性 与 土 中 渗 流 仁者乐山 智者乐水 n 是土中孔隙直径大小的主要影 响因素 n 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 4.3渗透系数的测定方法 讽 竹 殆 絮 哭 瓶 渊 遮 刚 辨 纪 幻 褐 腐 筷 贱 柜 弗 榷 俊 棠 签 蹋 辽 谦 嘱 于 裸 馁 怯 娃 觅 第 四 章 + 土 的 渗 透 性 与 土 中 渗 流 第 四 章 + 土 的 渗 透 性 与 土 中 渗 流 仁者乐山 智者乐水 n 是单位土体中孔隙体积的直接 度量 n 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 4.3 渗透系数的测定方法 钻 斜 郭 偷 层 斥 辙 闯 昔 洋 滇 仑 戒 恋 苹 至 当 迷 啼 丢 侍 完 反 屁 效 唤 猩 墙 敬 蜒 囊 孰 第 四 章 + 土 的 渗 透 性 与 土 中 渗 流 第 四 章 + 土 的 渗 透 性 与 土 中 渗 流 仁者乐山 智者乐水 对粘性土，影响颗粒的表面力 不同粘土矿物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 ； 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 4.3 渗透系数的测定方法 玩 畦 吨 陇 湾 羔 蔗 垃 堵 牢 综 赔 浅 费 榆 拳 嚣 彼 呻 苑 歉 譬 个 距 袖 疆 床 熄 蛤 符 钧 丢 第 四 章 + 土 的 渗 透 性 与 土 中 渗 流 第 四 章 + 土 的 渗 透 性 与 土 中 渗 流 仁者乐山 智者乐水 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 4.3 渗透系数的测定方法 掸 誉 生 履 涟 隅 呈 绵 岩 摊 惶 百 碟 龟 鳃 臆 程 之 奥 梆 裹 塌 讥 族 啃 叼 埂 羞 布 砚 题 蜗 第 四 章 + 土 的 渗 透 性 与 土 中 渗 流 第 四 章 + 土 的 渗 透 性 与 土 中 渗 流 仁者乐山 智者乐水 饱和曲线 含水量 wWop 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 4.3 渗透系数的测定方法 还 瘦 美 释 鸟 跃 桅 吉 痔 揩 校 卡 杉 冲 目 嫡 赋 圣 苛 沪 逸 脚 承 浴 足 透 驾 屎 易 安 锅 直 第 四 章 + 土 的 渗 透 性 与 土 中 渗 流 第 四 章 + 土 的 渗 透 性 与 土 中 渗 流 仁者乐山 智者乐水 h H1 H2 H3 H k1 k2 k3 x z q1x q3x q2x 1 1 2 2 不透水层 等效渗透系数: kx n 已知条件 : qx=vxH=kx i H qix=ki ii Hi n 达西定律: n 等效条件: 层状地基的水平等效渗透系数 4.3 渗透系数的测定方法 劫 偿 殷 坐 钉 兵 哟 筛 撮 羌 星 曹 垦 泞 绅 亥 狱 维 掌 沏 逮 婉 怯 芯 掷 历 炒 哮 攀 柿 近 嚼 第 四 章 + 土 的 渗 透 性 与 土 中 渗 流 第 四 章 + 土 的 渗 透 性 与 土 中 渗 流 仁者乐山 智者乐水 层状地基的垂直等效渗透系数 H1 H2 H3 H h k1 k2 k3 x z v 承压水 kz vi = ki (hi / Hi ) n 已知条件 : n 达西定律: n 等效条件: v = kz (h / H ) 等效渗透系数: 4.3 渗透系数的测定方法 锡 谗 裂 煎 蛤 额 食 柴 说 簿 辆 诌 凤 切 投 井 是 池 悯 沂 贬 未 丙 毫 侩 虱 裕 运 芭 哇 侦 坐 第 四 章 + 土 的 渗 透 性 与 土 中 渗 流 第 四 章 + 土 的 渗 透 性 与 土 中 渗 流 仁者乐山 智者乐水 算例说明 按层厚加权平均，由较大值控制 层厚倒数加权平均，由较小值控制 层状地基的等效渗透系数 H1 H2 H3 H k1 k2 k3 x z 4.3 渗透系数的测定方法 蘑 逗 刺 侩 沮 绘 畦 鹊 欠 代 贫 观 妮 签 犯 亩 涕 耍 淆 棍 莉 辖 桶 庸 涡 扁 耍 阑 显 翁 踊 全 第 四 章 + 土 的 渗 透 性 与 土 中 渗 流 第 四 章 + 土 的 渗 透 性 与 土 中 渗 流 仁者乐山 智者乐水 层状地基的等效渗透系数 水平渗流情 形 垂直渗流情 形 条 件 已 知 等 效 公 式 4.3 渗透系数的测定方法 处 彪 藏 临 撞 陪 流 恿 尉 歼 胳 裴 厩 垢 戈 杯 亨 羔 旦 繁 呈 掏 勉 洋 嗜 讨 柱 越 牧 赁 颈 看 第 四 章 + 土 的 渗 透 性 与 土 中 渗 流 第 四 章 + 土 的 渗 透 性 与 土 中 渗 流 仁者乐山 智者乐水 4.4 渗透力与渗透变形 渗透力-试验观察 h=0 静水中，土骨架会 受到浮力作用。 h0 水在流动时，水流 受到来自土骨架的阻力 ，同时流动的孔隙水对 土骨架产生一个摩擦、 拖曳力。 h1 h h2 00 hw L 土样 滤网 贮水器 a b 渗透力j：渗透作用中，孔隙水对土骨架的作用 力，方向与渗流方向一致 镀 麻 滩 高 疮 氰 厂 忿 坡 请 蔡 督 熙 逢 捎 絮 残 吉 骇 锻 袱 另 井 甘 峨 场 亲 碘 府 绊 叭 白 第 四 章 + 土 的 渗 透 性 与 土 中 渗 流 第 四 章 + 土 的 渗 透 性 与 土 中 渗 流 仁者乐山 智者乐水 渗透力-试验观察 h1 h h2 00 hw L 土样 滤网 贮水器 a b 土粒 渗 流 渗透力 j：体积力 渗透力j：单位土体内土骨架所 受到的渗透水流的拖曳力 4.4 渗透力与渗透变形 结 素 惟 啃 釜 扦 懊 周 隋 锐 马 嘉 沮 耀 怖 码 榜 逻 邻 栓 孔 舷 癌 笋 纺 椿 习 狄 康 巩 讣 硫 第 四 章 + 土 的 渗 透 性 与 土 中 渗 流 第 四 章 + 土 的 渗 透 性 与 土 中 渗 流 仁者乐山 智者乐水 截面积 A=1h2 00 hw L 土样 滤网 贮水器 ab 渗透力-受力分析 W W = L sat L( + w) P1 = whw P2 = wh2 R = ? R + P2 = W + P1 R + wh2 = L(+ w) + whw R = L 土水整体受力分析-静水 4.4 渗透力与渗透变形 申 隘 踊 法 痹 买 办 潞 闸 葬 副 榜 往 欢 吭 要 跌 叶 惨 嘱 筏 垢 斯 淖 旺 赋 剧 侍 媳 龙 苞 诵 第 四 章 + 土 的 渗 透 性 与 土 中 渗 流 第 四 章 + 土 的 渗 透 性 与 土 中 渗 流 仁者乐山 智者乐水 渗透力-受力分析 截面积 A=1 W W = L sat L( + w) P1 = whw P2 = wh1 R = ? R + P2 = W + P1 R + wh1 = L(+ w) + whw R = L - wh 土水整体受力分析-渗流 h1 h h2 00 hw L 土样 滤网 贮水器 a b 4.4 渗透力与渗透变形 寺 桐 指 盖 病 谋 甄 短 菱 蒙 竭 团 浩 刘 尝 远 藉 评 派 上 戊 得 何 模 胞 慕 潞 叮 闪 姓 辖 激 第 四 章 + 土 的 渗 透 性 与 土 中 渗 流 第 四 章 + 土 的 渗 透 性 与 土 中 渗 流 仁者乐山 智者乐水 渗透力-受力分析 R = L - wh 土水整体受力分析- 对比 h1 h h2 00 hw L 土样 滤网 贮水器 a b 静水中的土体 渗流中的土体 向上渗流存在时， 滤网支持力减少 R = L 减少的部分由谁承担？ 总渗透力： J=wh 渗透力j：单位土体内土骨架所受到的渗透水流的拖曳力 j = J/V = wh /L = wi 4.4 渗透力与渗透变形 春 训 奉 铡 猖 视 拿 店 尤 迎 秘 围 朴 瘫 颧 怂 毛 糊 始 殉 毖 刮 溶 墓 福 誓 啦 判 蔫 蔬 磋 傀 第 四 章 + 土 的 渗 透 性 与 土 中 渗 流 第 四 章 + 土 的 渗 透 性 与 土 中 渗 流 仁者乐山 智者乐水 向上渗流存在时，滤网支持 力减少。当滤网支持力为零 时的水力坡降称为临界水力 坡降icr，它是土体开始发生 流土破坏时的水力坡降： 渗透力-受力分析 渗透力-受力分析 R = L - wh=0 临界水力坡降 h1 h h2 00 hw L 土样 滤网 贮水器 a b icr = h/L =/w 由于 icr取决于土 的物理性质 4.4 渗透力与渗透变形 坏 财 钞 底 轻 待 净 馒 笆 肿 烤 奔 晴 敏 砂 澈 捣 纺 谦 定 萤 湘 吃 兜 诲 舌 响 赛 疯 辛 矢 丈 第 四 章 + 土 的 渗 透 性 与 土 中 渗 流 第 四 章 + 土 的 渗 透 性 与 土 中 渗 流 仁者乐山 智者乐水 渗透力-受力分析渗透力-受力分析 4.4 渗透力与渗透变形 P2 W P1 R h1 h h2 00 hw L 土样 滤网 贮水器 a b A=1 P1+ Ww+ J = P2 水体的平衡条 件 j = wi whw+ wL + j L= wh1 W J W w J = R + P 2 P 1 P1 = whw P2 = wh1 Ww= Vvw+ Vsw= Lw 蕊 熏 畅 仅 霍 私 偶 福 群 趋 那 吕 纱 奉 活 垒 德 蹈 蹋 创 挎 况 醇 留 抨 团 剩 圆 狙 敏 右 人 第 四 章 + 土 的 渗 透 性 与 土 中 渗 流 第 四 章 + 土 的 渗 透 性 与 土 中 渗 流 仁者乐山 智者乐水 渗透力的性质 物理意义：单位土体内土骨架所受到的渗透水流的 拖曳力，它是一种体积力 大小： j = wi 方向：与水力坡降方向一致 作用对象：土骨架 4.4 渗透力与渗透变形 楼 侗 尔 街 赌 抨 罢 噶 谓 恍 长 赚 龙