土中水的运动规律.ppt

2006年9月,重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系,1,3 土中水的运动规律,重庆交通大学 土力学与地基基础 2006年9月,2006年9月,重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系,2,主要内容,第一节 土的毛细性（自学） 第二节 土的渗透性 第三节 流网及其应用（自学） 第四节 土在冻结过程中水分的迁移和积聚（自学）,2006年9月,重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系,3,3.1 基本概念,地下水(groundwater):出现在已经充分饱和了的土层和地质层组中的地下水位以下的水体（R.A.Freeze,J.A.Cherry,1979） 或：地面下的岩土体中水位以下存在的水 土中水的运动 渗透、固结、毛细、渗附等 渗流（Seepage）：水在土体中的流动称为渗流。 稳定渗流：渗流过程中土体内各点的 水头不随时间变化 不稳定渗流：又称瞬变流，渗流过程中水头和流量边界条件随时间变化，造成渗流状态是时间的函数,2006年9月,重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系,4,3.1 基本概念,工程中不稳定渗流问题 饱和渗流/非饱和渗流 土的固结作用造成的渗流 入渗分析 污染迁移分析,2006年9月,重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系,5,粘性土的中渗流轨迹,2006年9月,重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系,6,理想化的渗透模型,真实渗流与渗流模型（流量、压力、阻力） 真实流速和模型平均流速,v-渗流模型的平均流速 q-渗流流量 A-过水断面面积 n孔隙度,2006年9月,重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系,7,3.2 基本定律,层流渗流定律达西定律,2006年9月,重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系,8,层流渗流定律达西定律,V,在完全饱和的砂土中，水在压力差作用下呈层流运动（或渗流）时，服从线性渗透定律达西定律(渗流速度与水力梯度呈正比）,v渗流速度； K比例系数，称为渗透系数，cm/s或m/d； i水力坡度，为水头损失H与渗透路径长度L之比,I,2006年9月,重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系,9,io起始水力坡度,v,i0,i,层流渗流定律达西定律（粘土）,2006年9月,重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系,10,三、土的渗透系数测定,室内渗透试验 常水头（砂土） 变水头（粘土） 野外抽水试验 粗粒土的渗透系数,常水头,变水头,2006年9月,重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系,11,2006年9月,重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系,12,3.3 渗透变形与破坏,渗透力（动水力）的计算 流砂、管涌和临界水力坡度（水力梯度） 近松散层开采水砂突涌问题,2006年9月,重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系,13,日本新泻1964年地震时砂土液化影响。这些设计为抗震的建筑物倾斜而未受损坏。,2006年9月,重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系,14,加州沃森维尔附近的野外涌沙,2006年9月,重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系,15,唐山地震造成的喷水冒砂区分布图,2006年9月,重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系,16,2006年9月,重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系,17,2006年9月,重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系,18,h h1 h2 A A L,总渗透力 （Seepage force）,w h1 A= w h2A +J J= w h1 A- w h2 A = w （h1 - h2 ） A = w h A,2006年9月,重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系,19,总渗透力（Seepage force）,w h1 A= w h2A +J J= w h1 A- w h2 A = w （h1 - h2 ） A = w h A 单位体积的渗透力 j=J/AL = w h A/AL =w I,2006年9月,重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系,20,j= w i,j渗透力，KN/m3； i水力坡度； w 水的重度，KN/m3 渗透力为体积力,2006年9月,重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系,21,动水压力的危害流砂（土）,向上的渗透力 j=Wh 土体向下的压力 h2 j=Wh= h2时，颗粒间的有效应力减少为0，即发生所谓流砂或管涌现象。 = Wh/h2 = W Icr,h,h1,h2,2006年9月,重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系,22,Icr临界水力坡度与流沙,Icr=/w =（Gs-1）（1-n） =（Gs-1）/（1+e） 允许水力坡度 临界水力坡度除以安全系数m I=Icr/K K安全系数，一般取2.0-2.5,2006年9月,重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系,23,渗透破坏之管涌,管涌： 是单个土颗粒在渗透作用下独立移动的现象。 管涌一般发生在不均粒系数较大的砂砾层中，它既可以发生在地下水逸出段，又可能发生于土体内部粗粒骨架的孔隙中。 当坝基土体的粗粒孔隙中携走的细颗粒含量较少时，并不影响坝体的稳定。而当坝基的细粒物质被渗流从粗粒孔隙中携走后，形成管道状孔洞，土体的结构和强度遭到破坏，造成地面塌陷时，即会危及坝体安全。这种管涌称之为发展型管涌，将会造成严重危害。,2006年9月,重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系,24,顶分层采后，采底分层放顶煤4.4m，累计采厚8.8m时，垮落带高度达到24.0m，在接近顶分层停采线时形成贯穿性剪切破坏，底部粘土层被拉开和错断，无法起到防水作用，见图5-22至图5-24。因此在基岩厚度34m左右采用此方案开采，要保证开采安全，必须降低初始水头，以防溃砂事故发生,近松散层开采水砂突涌问题,2006年9月,重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系,25,2006年9月,重