土的渗透性精编版

1、土中水的运动规律土中水的运动规律工程背景工程背景 土中水并非处于静止不变的状态，而是运动着的。例如：在重力的作用下，地下水流动(渗透问题渗透问题)由于液体表面张力产生的水分移动(毛细水毛细水) 土中水运动引起许多工程问题，如流砂、冻胀、渗透固结、渗透时边坡稳定等。3.1 土的毛细性1、土的、土的毛细性毛细性是指能够产生毛细现象的性质。是指能够产生毛细现象的性质。土的土的毛细现象毛细现象是指土中水在表面张力作用下，沿着细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。的孔隙向上及其它方向移动的现象。毛细现象在以下毛细现象在以下四个四个方面对工程有影响：方面对工程有影响：（1）毛

2、细水的上升是引起路基冻害因素之一；）毛细水的上升是引起路基冻害因素之一；（2）对建筑毛细水上升引起地下室过分潮湿；）对建筑毛细水上升引起地下室过分潮湿；（3）毛细水的上升可能引起土地的沼泽化和盐渍化；）毛细水的上升可能引起土地的沼泽化和盐渍化；（4）当地下水有浸蚀性时，毛细水上升对建筑物和构）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。筑物的基础中的混凝土、钢筋等形成浸蚀作用。2、土层中毛细水分布、土层中毛细水分布土层中由于毛细现象所润湿的范围称为毛细水带，根据其形土层中由于毛细现象所润湿的范围称为毛细水带，根据其形成条件和分布状况分成成条件和分布状况分

3、成3带：带：（1）正常毛细水带正常毛细水带（毛细饱和带）。位于毛细水带的下部，（毛细饱和带）。位于毛细水带的下部，与地下潜水相通。主要是由潜水面直接上升而形成的。随与地下潜水相通。主要是由潜水面直接上升而形成的。随水位升降而移动。水位升降而移动。（2）毛细网状水带毛细网状水带。位于毛细水带的。位于毛细水带的中中部，可在表面张力部，可在表面张力和重力作用下移动。和重力作用下移动。（3）毛细悬挂水带毛细悬挂水带。位于毛细水带的。位于毛细水带的上上部，主要是由地表部，主要是由地表水渗入而成的。在重力作用下移动。水渗入而成的。在重力作用下移动。地下水上升原理地下水上升原理由于液体与空气的分界面上存在着

4、表面张力，因而在液体表面表面任意划一条线，线两侧的液体都会和拢；另外，毛细管管壁的分子和水分子之间有引力作用，这个引力使与管壁接触部分的水面呈向上弯曲状，这种现象称为毛细水的上升是由于液体的“表面张力表面张力”和毛细管的“湿润现象湿润现象”产生的。l水在重力作用下通过土中的孔隙发生流动的现象称为渗透 。l土具有被水透过的性能称为土的渗透性3.2 土的渗透性图 2-1水在土体中的渗透，一方面会造成水量的损失，影响工程效益；另一方面将引起土体内部的应力状态的变化，从而改变水工建筑物或地基的稳定条件，严重时还会酿成破坏事故。土的渗透性的强弱，对土体的固结、强度以及工程施工都有非常重要的影响 关于防渗

5、墙防渗墙射水法施工防渗墙图 2-2基本概念l流线：水的质点运动轨迹。l地下水流动的基本形式：层流和紊流l层流：流速较小，流线互相平行的水流。l紊流：流速较大，水的质点运动轨迹不规则，流线互相交错，产生局部漩涡的水流。l由于土中孔隙一般非常微小，水在土体中流动时的黏滞阻力很大，流速缓慢 层流。水在土中的渗透速度和试样两端水面间的水位差成正比，而与渗径长度成反比 hiLhkvkiAvAq达西渗透实验装置一、达西渗透定律kiLhkvDarcy渗透定律lv 渗透速度（cm/s或m/s）lq 渗流量（cm3/s或m3/s）li 水力坡降，沿渗流方向单位距离的水头 损失，无量纲lh 试样两端的水位差，即水

6、头损失lL 渗流长度lk 渗透系数（cm/s或m/s,m/d）lA 试样截面积（cm2或者m2）水在土中流动力图拖曳土粒渗透水流施于单位土体内土粒上的拖曳力称为 渗流力能量消耗水头损失流速与水力坡降的关系砂土砂土的水力坡降与渗透速度呈线性关系，符合达西渗透定律。图2-4 达西定律 流速与水力坡降的关系黏土对于密实的黏土，由于吸着水具有较大的黏滞阻力，因此，只有当水力坡降达到某一数值后，克服了吸着水的黏滞阻力以后，才能发生渗透。我们将这一开始发生渗透时的水力坡降成为黏性土的起始水力坡降ib图2-4 达西定律 l黏性土不但存在起始水力坡降，而且当水力坡降超过起始水力坡降后，渗透速度与水力坡降的规律

7、还偏离达西渗透定律而呈非线性关系。为方便，用虚直线来描述密实黏土地渗透速度与水力坡降的关系，用以下形式表示。 流速与水力坡降的关系黏土biikv注意l按照达西定律求出的渗透速度是一种假想的平均流速 ，它假定水在土中的渗透是通过土体截面来进行的 。l实际上 ，水在土体中的实际流速要比用达西定律求出的流速要大得多。他们之间的关系为 ：eevnvv1Darcy渗透定律的适用条件 l太沙基通过大量试验证明从砂土到黏土达西渗透定律只有当渗流为层流的时候才能适用。l黏性土存在临界水力坡降l渗透系数的大小是直接衡量土的透水性强弱的重要力学性质指标。渗透系数的测定可以分为现场试验现场试验和室内试验室内试验两大

8、类。一般，现场试验比室内试验得到的结果要准确可靠。因此，对于重要工程常需进行现场测定。 l室内测定土地渗透系数的仪器和方法很多，但就其原理来讲，可分为常水头试验常水头试验和变变水头试验水头试验两种，前者适用于透水性强的无黏性土，后者适用于透水性弱的黏性土。 二、 渗透系数1、常水头法 l常水头法就是在整个试验过程中，水头保持不变，试验装置如图示。 l用量筒和秒表测出某一时刻t内流经试样的水量V，即可求出流过土体的流量，再根据达西定律求解kALhkvAtVqAhtVLk 图 2-52、变水头法l黏性土，渗透系数小，流经水量少l变水头法在整个试验过程中，水头是随着时间而变化的，试验装置如图，试样的

9、一端与细玻璃管相接，在试验过程中测出某一时段内细玻璃管中水位的变化，就可根据达西定律求出水的渗透系数。图 2-62、变水头法l设玻璃管的内截面积为a，试验开始以后任一时刻t的水位差为h，经时段dt，细玻璃管中水位下落dh，则在时段dt内流经试样的水量adhdVAdtLhkdV 图 2-7变水头法hdhkAaLdt2112ln)(hhttAaLk3 3、现场测定法、现场测定法有野外注水试验和抽水试验等，是在现场钻井孔或挖试坑，在往地基中注水或抽水时，量测地基中的水头高度和渗流量，再根据相应的理论公式求出渗透系数k值。无压完整井抽水试验4 4、经验估算法、经验估算法1991年 哈森哈森提出用有效粒

10、径d10计算较均匀砂土的公式:1955年，太沙基太沙基提出考虑土体孔隙比e的经验公式:210dk 22102edk土的渗透系数参考值土类渗透系数k(cm/s)渗透性纯砾10-1高渗透性纯砾与砾混合物10-310-1中渗透性极细砂10-510-3低渗透性粉土、砂与黏土混合物10-710-5极低渗透性黏土10-7几乎不透水 影响渗透系数的因素很多，诸如土的种类、级配、孔隙比及水的温度等。因此，为了准确地测定土的渗透系数，必须尽力保持土的原始状态并消除人为因素的影响 5、影响土的渗透性的因素l土的粒度成分及矿物成分l结合水膜的厚度l土的结构构造l水的黏滞度（与温度有关）l土中的气体6、成层土的渗透系数l天然沉积土往往由渗透性不同的土层组成。对于与土层层面平行和垂直的简单渗流情况，当各层的渗透系数和厚度已知时，我们可以求出整个土层与层面平行和垂直的平均渗透系数，作为进行渗透计算的依据。(1)、与层面平行的情况iHkqxxniiixHkHk11niixxqq1iiixiHkq niiixiHkq1达西定律图 2-9(2)、与层面垂直的情况图 2-10与层面垂直的情况AHhkqyqAikAHhkqiiiiiinyyyyqqqq21水流连续原理达西定律任一土层流量hAHqkyniiiykHHk1nhhhh21整个土层的水头损失结论l对于成层土，