西南交通大学土力学土的渗透性学习教案

1、会计学1西南西南(xnn)交通大学土力学土的渗透性交通大学土力学土的渗透性第一页，共58页。土颗粒土颗粒土中水土中水渗流渗流n土是一种碎散的多孔介质土是一种碎散的多孔介质(jizh)，其孔隙在空间互相，其孔隙在空间互相连通。当饱和土中的两点存连通。当饱和土中的两点存在能量差时，水就在土的孔在能量差时，水就在土的孔隙中从能量高的点向能量低隙中从能量高的点向能量低的点流动的点流动F 水在土体孔隙中流动的现象称为渗流水在土体孔隙中流动的现象称为渗流(shn li)(shn li)F 土具有被水等液体透过的性质称为土的渗透性土具有被水等液体透过的性质称为土的渗透性第2页/共58页第二页，共58页。透水

2、层透水层(shu cn)不透水层不透水层土石坝坝基土石坝坝基(b j)坝身坝身渗流渗流防渗体防渗体坝体坝体浸润浸润线线渗流渗流(shn li)问题：问题：1. 渗流渗流(shn li)量？量？2. 渗透破坏？渗透破坏？3. 渗透力？渗透力？第3页/共58页第三页，共58页。板桩围护下的基坑板桩围护下的基坑(j kn)渗流渗流渗流问题渗流问题(wnt)：1. 渗流量？渗流量？2. 渗透破坏？渗透破坏？3. 渗水压力？渗水压力？透水层透水层(shu cn)不透水层不透水层基坑基坑板桩墙板桩墙第4页/共58页第四页，共58页。渗流问题：渗流问题：1. 渗流量渗流量Q？2. 降水降水(jingshu)

3、深度深度？透水层透水层(shu cn)不透水层不透水层天然天然(tinrn)水面水面水井渗流水井渗流漏斗状潜水面漏斗状潜水面Q第5页/共58页第五页，共58页。渗流渗流(shn li)问题：问题：1. 渗流渗流(shn li)量？量？2. 地下水影响地下水影响 范围？范围？渠道、河流渠道、河流(hli)渗流渗流原地下水位原地下水位渗流渗流(shn li)时地时地下水位下水位第6页/共58页第六页，共58页。渗流渗流(shn li)问问题：题：1. 渗透力？渗透力？2. 入渗过程？入渗过程？降雨降雨(jin y)入渗引入渗引起的滑坡起的滑坡第7页/共58页第七页，共58页。渗流量渗流量扬压力扬压

4、力渗水渗水(shn shu)压力压力渗透破坏渗透破坏渗流速度渗流速度渗水渗水(shn shu)面位置面位置 挡水建筑物挡水建筑物 集水建筑物集水建筑物 引水结构引水结构(jigu)物物 基础工程基础工程 地下工程地下工程 边坡工程边坡工程渗透特性变形(bin xng)特性强度特性土的渗透特性土的渗透特性第8页/共58页第八页，共58页。F水头与水力坡降水头与水力坡降F土的渗透试验与土的渗透试验与达西定律达西定律(dngl)F渗透系数的测定渗透系数的测定及影响因素及影响因素F层状地基的等效层状地基的等效渗透系数渗透系数渗流渗流(shn li)的的驱动能量驱动能量反映渗流特点的定律反映渗流特点的定

5、律土的渗透性土的渗透性地基的渗透系数地基的渗透系数第9页/共58页第九页，共58页。水流动水流动(lidng)的驱动的驱动力力水往低处流水往低处流水往高处水往高处(o ch)“跑跑”速度速度v压力压力u位置：使水流位置：使水流(shuli)从位从位置势能高处流向位置势能低置势能高处流向位置势能低处处流速：流速：水具有的动能水具有的动能压力：压力：水所具有的压力势能水所具有的压力势能也可使水流发生流动也可使水流发生流动第10页/共58页第十页，共58页。n位置势能位置势能：mgzwumg n压力势能压力势能：00基准面基准面质量质量 m压力压力 u流速流速 vzwu n动能：动能：2mv212w

6、mv21umgmgzE n总能量总能量：2gvuzh2w 称为称为(chn wi)总水头，总水头，是水流动的驱动力是水流动的驱动力n单位单位(dnwi)重量水流重量水流的能量：的能量：水流动水流动(lidng)(lidng)的驱动的驱动力力- -水头水头第11页/共58页第十一页，共58页。zA00ABu0pawAu zBwBu 基准面基准面静静水水n位置水头：到基准面的竖直距离位置水头：到基准面的竖直距离，代表单位重量的液体，代表单位重量的液体(yt)从基从基准面算起所具有的位置势能准面算起所具有的位置势能n压力水头：水压力所能引起的自压力水头：水压力所能引起的自由水面的升高，表示单位重量液

7、由水面的升高，表示单位重量液体体(yt)所具有的压力势能所具有的压力势能n测管水头：测管水面到基准面的测管水头：测管水面到基准面的垂直距离，等于位置水头和压力垂直距离，等于位置水头和压力水头之和，表示单位重量液体水头之和，表示单位重量液体(yt)的总势能的总势能n在静止液体在静止液体(yt)中各点的测管水中各点的测管水头相等头相等位置位置(wi zhi)、压力和测管水头、压力和测管水头第12页/共58页第十二页，共58页。渗流中的水头渗流中的水头(shutu)(shutu)与水与水力坡降力坡降ABL透水层透水层不透水层不透水层基坑基坑板桩墙板桩墙渗流为水体的流动渗流为水体的流动(lidng)，

8、应满足液体流动应满足液体流动(lidng)的基的基本方程：连续性方程、能量本方程：连续性方程、能量方程。方程。第13页/共58页第十三页，共58页。ABLhAzAwAu 基准面基准面g2vuzh2w wuzh n 总水头总水头(shutu)(shutu)：单位重量水体所具：单位重量水体所具有的能量有的能量 位置水头位置水头Z Z：水体的位置势能：水体的位置势能(shnng)(shnng)（任选基准面）（任选基准面） 压力水头压力水头u/u/w w：水体的压力势能：水体的压力势能(shnng)(shnng)（u u孔隙水压力）孔隙水压力） 流速水头流速水头V2/(2g)V2/(2g)：水体的动能

9、（对渗流多处于层流：水体的动能（对渗流多处于层流00）n 渗流渗流(shn li)的的总水头：总水头：渗流问题的水头渗流问题的水头也称也称测管水头测管水头，是渗流的，是渗流的总驱动能，渗流总是从水头总驱动能，渗流总是从水头高处流向水头低处高处流向水头低处第14页/共58页第十四页，共58页。wBBBuzh A A点总水头点总水头(shutu)(shutu)：水力水力(shul)(shul)坡降坡降ABLhAhBzAwAu wBu zBh h基准面基准面水力坡降线水力坡降线wAAAuzh B B点总水头点总水头(shutu)(shutu)：二点总水头差：反映了二点总水头差：反映了两点间水流由于摩

10、阻力两点间水流由于摩阻力造成的能量损失造成的能量损失BAhhh 水力坡降水力坡降 i：单位渗流长度上的水头损失：单位渗流长度上的水头损失Lhi 第15页/共58页第十五页，共58页。达西渗透达西渗透(shntu)(shntu)试验试验LAh1h2QQ透水石1856 年达西年达西(Darcy)在研究城市在研究城市供水问题时进行的渗流供水问题时进行的渗流(shn li)试验试验LhAQ或：或：iAkQ 其中其中(qzhng)，A是试样的断面积是试样的断面积第16页/共58页第十六页，共58页。ikAQv达西定律达西定律(dngl)(dngl)n达西定律：在层流状态达西定律：在层流状态(zhungt

11、i)的渗流中，渗透速度的渗流中，渗透速度v与水力坡降与水力坡降i的一次方成正比，并与土的性质有关的一次方成正比，并与土的性质有关n渗透系数渗透系数k: 反映土的透水性能的比例系数，其物理意义反映土的透水性能的比例系数，其物理意义为水力坡降为水力坡降i1时的渗流速度，单位：时的渗流速度，单位： cm/s, m/s, m/dayn渗透速度渗透速度v：土体试样全断面的平均渗流速度，也称假想：土体试样全断面的平均渗流速度，也称假想渗流速度渗流速度nvvvs其中，其中，VsVs为实际平均流速为实际平均流速(li s)(li s)，孔隙断面的平均流速，孔隙断面的平均流速(li s)(li s)。第17页/

12、共58页第十七页，共58页。达西定律达西定律(dngl)(dngl)的适的适用范围用范围n 适用条件适用条件(tiojin)(tiojin)：层流（：层流（线性流动）线性流动）岩土工程中的绝大多数渗流问岩土工程中的绝大多数渗流问题，包括砂土或一般粘土，均题，包括砂土或一般粘土，均属层流范围属层流范围在粗粒土孔隙在粗粒土孔隙(kngx)(kngx)中，水中，水流形态可能会随流速增大呈紊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流状态，渗流不再服从达西定律。可用雷诺数进行判断律。可用雷诺数进行判断 ：0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5达西定律达西定律适用范围适用范围2.01.51

13、.00.50水力坡降水力坡降流速流速 (m/h)砾石砾石粗砂粗砂中砂中砂细砂细砂极细砂极细砂h10dvReRe5时层流时层流Re 200时紊流时紊流200 Re 5时为过渡区时为过渡区 第18页/共58页第十八页，共58页。在纯砾以上在纯砾以上(yshng)(yshng)的很粗的粗的很粗的粗粒土如堆石体中，在水力坡降较大粒土如堆石体中，在水力坡降较大时，达西定律不再适用，此时：时，达西定律不再适用，此时：ivoi0n 两种特例两种特例(tl)(tl)对致密的粘性土，存在起始对致密的粘性土，存在起始(q sh)(q sh)水力坡降水力坡降i0i0ivovcr)1m(kivm )(1mkivmii

14、0, v=k (i - i0 )达西定律的适用范围达西定律的适用范围第19页/共58页第十九页，共58页。渗透系数的测定方法渗透系数的测定方法 常水头常水头(shutu)试验试验法法 变水头变水头(shutu)试验试验法法 井孔抽水井孔抽水(chu shu)试验试验 井孔注水试验井孔注水试验F 室内试验方法室内试验方法(fngf)F 野外试验方法野外试验方法(fngf)第20页/共58页第二十页，共58页。室内试验室内试验(shyn)(shyn)方法方法- -常水头试验常水头试验(shyn)(shyn)法法n 试验条件试验条件: h: h，A A，L=constL=constn 量测变量量测变

15、量(binling): (binling): 体积体积V V，t tn 适用适用(shyng)土类：透水性较大的砂土类：透水性较大的砂性土性土i=h/LV=Qt=vAtv=kihtAVLk hL土样土样AVQ（k10-3cm/s）第21页/共58页第二十一页，共58页。室内试验方法室内试验方法(fngf)-(fngf)-变水头试验法变水头试验法n 试验条件试验条件(tiojin):h(tiojin):h变变化化 A A，a a，L=constL=constn 量测变量量测变量: : h h，t tn 适用适用(shyng)土类：透水土类：透水性较小性较小 的粘性土的粘性土土土样样At=t1h1

16、t=t2h2LQ水水头头测测管管开关开关a第22页/共58页第二十二页，共58页。土样土样At=t1t=t2h1h2LQ水头水头测管测管开关开关在在tt+dt时段内：时段内： 入流量入流量： dVe= - adh 出流量：出流量： dVo=kiAdt=k (h/L)Adt 连续性条件：连续性条件：dVe=dVo -adh =k (h/L)AdthdhkAaLdt21hht0hdhkAaLdt21hhkAaLtlnhdhtt+dt室内试验方法室内试验方法(fngf)-(fngf)-变水头试验法变水头试验法21hhAtaLkln选择几组量测结果选择几组量测结果 ，计算相应的，计算相应的k，取平均值

17、，取平均值第23页/共58页第二十三页，共58页。室内室内(sh ni)(sh ni)试验方法试验方法小小结结常水头常水头(shutu)试试验验变水头变水头(shutu)试试验验条件条件已知已知测定测定公式公式取值取值h=consth变化变化h，A，LV，t重复试验后，取均值重复试验后，取均值a，A，Lh，t21hhlnAtaLk htAVLk 不同时段试验，取均值不同时段试验，取均值适用适用粗粒土粗粒土粘性土粘性土第24页/共58页第二十四页，共58页。现场测定法抽水现场测定法抽水(chu (chu shu)shu)试验试验抽水量抽水量Q Qr1r2h1h2井井不透水层不透水层n 试验条件试

18、验条件(tiojin):(tiojin):n Q=const Q=constn 量测变量量测变量: : n r=r1 r=r1，h1=h1=？n r=r2 r=r2，h2=h2=？ 优点优点(yudin)：可获得现场较为可靠的平均渗透：可获得现场较为可靠的平均渗透系数系数 缺点：费用较高，耗时较长缺点：费用较高，耗时较长观察观察井井第25页/共58页第二十五页，共58页。212212hhrrQk)/ln()(ln212212hhkrrQA=2 rhi=dh/drdrdhkrh2AkiQkhdh2rdrQn 计算公式：计算公式：r抽水量抽水量Q Qr1r2h1h2井井不透水层不透水层dhdrh地

19、下水位地下水位测压管水面测压管水面现场测定法抽水现场测定法抽水(chu shu)(chu shu)试验试验第26页/共58页第二十六页，共58页。n是土中孔隙直径大小的主要是土中孔隙直径大小的主要影响因素影响因素n因由粗颗粒形成的大孔隙可因由粗颗粒形成的大孔隙可被细颗粒充填，故土体孔隙被细颗粒充填，故土体孔隙的大小一般由细颗粒所控制的大小一般由细颗粒所控制。因此，土的渗透系数常用。因此，土的渗透系数常用有效粒径有效粒径d10来表示，如哈臣来表示，如哈臣公式：公式：210dck 土的性质土的性质(xngzh)(xngzh) 水的性质水的性质(xngzh)(xngzh)粒径大小及级配粒径大小及级配

20、孔隙孔隙(kngx)比比矿物成分矿物成分结构结构第27页/共58页第二十七页，共58页。n是单位土体中孔隙体积的直是单位土体中孔隙体积的直接度量接度量n对于砂性土，常建立孔隙比对于砂性土，常建立孔隙比e与渗透系数与渗透系数k之间的关系，如之间的关系，如：)e1e(fk)e1e(fk)e(fk322 土的性质土的性质(xngzh)(xngzh) 水的性质水的性质(xngzh)(xngzh)粒径大小及级配粒径大小及级配孔隙比孔隙比矿物矿物(kungw)成分成分结构结构第28页/共58页第二十八页，共58页。n对粘性土，影响颗粒的表面力对粘性土，影响颗粒的表面力n不同粘土矿物不同粘土矿物(kungw

21、)之间渗之间渗透系数相差极大，其渗透性大小透系数相差极大，其渗透性大小的次序为高岭石的次序为高岭石伊里石伊里石蒙脱石蒙脱石 ；当粘土中含有可交换的钠离子；当粘土中含有可交换的钠离子越多时，其渗透性将越低越多时，其渗透性将越低n塑性指数塑性指数Ip综合反映土的颗粒大综合反映土的颗粒大小和矿物小和矿物(kungw)成份，常是成份，常是渗透系数的参数渗透系数的参数 土的性质土的性质(xngzh)(xngzh) 水的性质水的性质(xngzh)(xngzh)粒径大小及级粒径大小及级配配孔隙比孔隙比矿物矿物(kungw)成分成分结构结构第29页/共58页第二十九页，共58页。n影响孔隙系统的构成和方向性影

22、响孔隙系统的构成和方向性，对粘性土影响更大，对粘性土影响更大n在宏观构造在宏观构造(guzo)上，天然沉上，天然沉积层状粘性土层，扁平状粘土积层状粘性土层，扁平状粘土颗粒常呈水平排列，常使得颗粒常呈水平排列，常使得k水水平平k垂直垂直n在微观结构上，当孔隙比相同在微观结构上，当孔隙比相同时，凝聚结构将比分散结构具时，凝聚结构将比分散结构具有更大的透水性有更大的透水性 土的性质土的性质(xngzh)(xngzh) 水的性质水的性质(xngzh)(xngzh)粒径大小及级配粒径大小及级配孔隙比孔隙比矿物矿物(kungw)成分成分结构结构第30页/共58页第三十页，共58页。饱和曲线饱和曲线含水量含

23、水量 wWop干容重干容重 d max 1含水量含水量 w渗透系数渗透系数 k絮状结构絮状结构 分散结构分散结构 土的性质土的性质(xngzh)(xngzh) 水的性质水的性质(xngzh)(xngzh)粒径大小及级配粒径大小及级配孔隙孔隙(kngx)比比矿物成分矿物成分结构结构第31页/共58页第三十一页，共58页。n水的动力粘滞系数：水的动力粘滞系数：n 温度温度，水粘滞性，水粘滞性，kn饱和度（含气量）：封闭饱和度（含气量）：封闭(fngb)气泡对气泡对k影响很大，影响很大，可减少有效渗透面积，还可可减少有效渗透面积，还可以堵塞孔隙的通道以堵塞孔隙的通道 土的性质土的性质(xngzh)(

24、xngzh) 水的性质水的性质(xngzh)(xngzh)粒径大小及级粒径大小及级配配孔隙比孔隙比矿物矿物(kungw)成分成分结构结构第32页/共58页第三十二页，共58页。等效等效(dn xio)渗透系渗透系数数 确立各层土的确立各层土的kiki 根据渗流根据渗流(shn li)(shn li)方向方向确定等效渗流确定等效渗流(shn li)(shn li)系系数数天然天然(tinrn)(tinrn)土层多呈层状土层多呈层状多个土层用假想单一土层置换，多个土层用假想单一土层置换，使得其总体的透水性不变使得其总体的透水性不变第33页/共58页第三十三页，共58页。hH1H2H3Hk1k2k3

25、xzq1xq3xq2x1122不透水层不透水层等效等效(dn xio)(dn xio)渗渗透系数透系数: : iixHkH1kkxn 已知条件已知条件: :LhiiiixxqqiHHqx=vxH=kx i Hqix=ki ii Hin 达西定律达西定律: :n 等效条件等效条件: :层状地基层状地基(dj)(dj)的水平等效渗透系数的水平等效渗透系数第34页/共58页第三十四页，共58页。H1H2H3Hhk1k2k3xzv承压水承压水层状地基的垂直层状地基的垂直(chuzh)(chuzh)等效渗透系数等效渗透系数 iizkHHkkzvviihhiHHvi = ki (hi / Hi )iiii

26、kHvh zkvHh iiiizkHvhhkvHn 已知条件已知条件: :n 达西定律达西定律: :n 等效条件等效条件: :v = kz (h / H )等效等效(dn xio)(dn xio)渗透系数渗透系数: :第35页/共58页第三十五页，共58页。n 算例说明算例说明(shumng) (shumng) daym100km01Hdaym1km01Hdaym010km01H332211/,./,./.,.按层厚加权平均，由较大按层厚加权平均，由较大(jio d)值值控制控制层厚倒数层厚倒数(do sh)加权平均，由较小加权平均，由较小值控制值控制daym6733HHkkiix/.daym

27、030kHHkiiz/.H1H2H3Hk1k2k3xz第36页/共58页第三十六页，共58页。水平渗流水平渗流(shn li)情形情形垂直垂直(chuzh)渗流情形渗流情形条件条件(ti(tiojiojin)n)已知已知等效等效公式公式LhiiHHqqiii;.;,121kHHiHkqxiixHkH1kii21HHhhvvv;.,.;,2121kkHHHhkikvzziizkHHk第37页/共58页第三十七页，共58页。小小 结结n水头与水力坡水头与水力坡降降n渗透试验与达渗透试验与达西定律西定律(dngl)n渗透系数的测渗透系数的测定及影响因素定及影响因素n层状地基的等层状地基的等效渗透系数

28、效渗透系数 总水头总水头=位置位置(wi zhi)水头水头+压力水头压力水头 水头是渗流的驱动力水头是渗流的驱动力 达西定律达西定律 渗透渗透(shntu)(shntu)系数、系数、渗透渗透(shntu)(shntu)速度速度 达西定律的适用条件达西定律的适用条件 常水头试验常水头试验 变水头试验变水头试验 抽水试验抽水试验 渗透系数影响因素渗透系数影响因素 水平等效渗透系数水平等效渗透系数 垂直等效渗透系数垂直等效渗透系数第38页/共58页第三十八页，共58页。渗透力渗透力- -试验试验(shyn)(shyn)观察观察nh=0 h=0 静水中，土骨架静水中，土骨架会受到浮力作用会受到浮力作用

29、(zuyng)(zuyng)。nh0 h0 水在流动时，水水在流动时，水流受到来自土骨架的阻力流受到来自土骨架的阻力，同时流动的孔隙水对土，同时流动的孔隙水对土骨架产生一个摩擦、拖曳骨架产生一个摩擦、拖曳力。力。h1hh200hwL土样土样滤网滤网贮水器贮水器a b渗透力渗透力j：渗透作用中，孔隙水对土骨架的作：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用力，方向与渗流方向一致第39页/共58页第三十九页，共58页。h1hh200hwL土样土样滤网滤网贮水器贮水器a b土粒土粒渗渗 流流渗透力渗透力 j j：体积：体积(tj)(tj)力力渗透力渗透力j j：单位土体内土骨架：单位土

30、体内土骨架所受到的渗透水流所受到的渗透水流(shuli)(shuli)的拖曳力的拖曳力第40页/共58页第四十页，共58页。截面积截面积A=1h200hwL土样土样滤网滤网贮水器贮水器ab渗透力渗透力- -受力分析受力分析(fnx)(fnx)WW = L sat L( + w)P1 = whwP2 = wh2R = ?R + P2 = W + P1R + wh2 = L( + w) + whw R = L n 土水整体土水整体(zhngt)(zhngt)受力分析受力分析- -静静水水第41页/共58页第四十一页，共58页。截面积截面积A=1WW = L sat L( + w)P1 = whwP

31、2 = wh1R = ?R + P2 = W + P1R + wh1 = L( + w) + whw R = L - w hn 土水整体土水整体(zhngt)(zhngt)受力分受力分析析- -渗流渗流h1hh200hwL土样土样滤网滤网贮水器贮水器a b渗透力渗透力- -受力分析受力分析(fnx)(fnx)第42页/共58页第四十二页，共58页。R = L - w hn 土水整体受力分析土水整体受力分析(fnx)- 对对比比h1hh200hwL土样土样滤网滤网贮水器贮水器a b 静水中的土体静水中的土体 渗流渗流(shn li)(shn li)中的土体中的土体向上渗流向上渗流(shn li)

32、(shn li)存在时，滤网支持力存在时，滤网支持力减少减少R = L 减少的部分由谁承担？减少的部分由谁承担？总渗透力：总渗透力： J=J= w w h hF 渗透力渗透力j j：单位土体内土骨架所受到的渗透水流的拖曳力单位土体内土骨架所受到的渗透水流的拖曳力j = J/V = w h /L = wi渗透力渗透力- -受力分析受力分析第43页/共58页第四十三页，共58页。向上渗流存在时，滤网支持力减向上渗流存在时，滤网支持力减少。当滤网支持力为零时少。当滤网支持力为零时(ln (ln sh)sh)的水力坡降称为临界水力坡的水力坡降称为临界水力坡降降icricr，它是土体开始发生流土，它是土

33、体开始发生流土破坏时的水力坡降：破坏时的水力坡降：渗透力渗透力- -受力分析受力分析(fnx)(fnx)R = L - w h=0n 临界临界(ln ji)水力坡降水力坡降h1hh200hwL土样土样滤网滤网贮水器贮水器a bicr = h/L = / we11Gws)(e11Giscr由于由于icr取决于土取决于土的物理性质的物理性质第44页/共58页第四十四页，共58页。= + WW Ww土水土水 = 土骨架土骨架 + 孔隙孔隙水水JRJ P1P2P1P2Rn土水隔离土水隔离(gl)受力受力分析分析R = L- w h 土骨架受力分析土骨架受力分析(fnx)：有效重量：有效重量：W=L总渗

34、透力：总渗透力：J=Lj滤网的反力：滤网的反力：R 孔隙孔隙(kngx)水受力分析水受力分析：水压力：水压力：P1= whw P2 = wh1总渗透力：总渗透力：J=J水重水重+浮力反力：浮力反力： Ww =Vvw+Vsw=Lw孔隙水受力平衡孔隙水受力平衡j = wi土骨架受力平衡土骨架受力平衡第45页/共58页第四十五页，共58页。渗透力的性质渗透力的性质(xngzh)(xngzh)F物理意义：单位土体内土骨架所受到的渗物理意义：单位土体内土骨架所受到的渗透水流透水流(shuli)(shuli)的拖曳力，它是一种体积的拖曳力，它是一种体积力力F大小：大小： j = j = wiwiF方向：与

35、水力坡降方向一致方向：与水力坡降方向一致F作用对象：土骨架作用对象：土骨架第46页/共58页第四十六页，共58页。n土工建筑物及地基由于土工建筑物及地基由于(yuy)渗流作用而出现的渗流作用而出现的变形或破坏称为渗透变形或渗透破坏。渗透变形变形或破坏称为渗透变形或渗透破坏。渗透变形是土工建筑物发生破坏的常见类型是土工建筑物发生破坏的常见类型n基本类型：基本类型：n 管涌管涌n 流土流土n 接触流土接触流土n 接触冲刷接触冲刷渗透渗透(shntu)变形变形单一土层单一土层(t cn)渗渗透变形的两种基本型透变形的两种基本型式式第47页/共58页第四十七页，共58页。渗透渗透(shntu)(shn

36、tu)变形变形 - - 流土流土n流土：在向上的渗透作用下，表层局部范围内的土体或颗粒流土：在向上的渗透作用下，表层局部范围内的土体或颗粒群同时发生悬浮、移动的现象。任何群同时发生悬浮、移动的现象。任何(rnh)(rnh)类型的土，只类型的土，只要水力坡降达到一定的大小，都可发生流土破坏要水力坡降达到一定的大小，都可发生流土破坏粘性土粘性土k1k2砂性土砂性土k2坝体坝体渗流渗流(shn li)crii e11GiscrF 原因：原因：与土的密实度有关与土的密实度有关第48页/共58页第四十八页，共58页。坝体坝体渗透变形渗透变形(bin xng) (bin xng) 管涌管涌F 原因原因(y

37、unyn)(yunyn)内因内因(niyn)(niyn)：有足够多的粗颗粒形成大于细粒直：有足够多的粗颗粒形成大于细粒直径的孔隙径的孔隙外因：渗透力足够大外因：渗透力足够大 n在渗流作用下，一定级配的无粘性土中的细小颗粒，通在渗流作用下，一定级配的无粘性土中的细小颗粒，通过较大颗粒所形成的孔隙发生移动，最终在土中形成与过较大颗粒所形成的孔隙发生移动，最终在土中形成与地表贯通的管道地表贯通的管道渗流渗流过程演示过程演示1. 在渗透水流作用下在渗透水流作用下，细颗粒在粗颗粒，细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中移动形成的孔隙中移动流失流失2. 孔隙不断扩大，渗孔隙不断扩大，渗流速度不断增加，流速度不断增加，

38、较粗颗粒也相继被较粗颗粒也相继被水带走水带走3. 形成贯穿的渗流通道形成贯穿的渗流通道，造成土体塌陷，造成土体塌陷第49页/共58页第四十九页，共58页。流土与管涌流土与管涌(un yn)(un yn)的比较的比较 流土流土土体局部范围的颗粒同时发土体局部范围的颗粒同时发生生(fshng)(fshng)移动移动管涌管涌(un yn)只发生在水流渗出的表层只发生在水流渗出的表层只要渗透力足够大，只要渗透力足够大，可发生在任何土中可发生在任何土中破坏过程短破坏过程短导致下游坡面产生局部滑动等导致下游坡面产生局部滑动等现象现象位置位置土类土类历时历时后果后果土体内细颗粒通过粗粒形成土体内细颗粒通过粗

39、粒形成的孔隙通道移动的孔隙通道移动可发生于土体内部和渗流溢出可发生于土体内部和渗流溢出处处一般发生在特定级配的无一般发生在特定级配的无粘性土或分散性粘土粘性土或分散性粘土破坏过程相对较破坏过程相对较长长导致结构发生塌陷或溃口导致结构发生塌陷或溃口第50页/共58页第五十页，共58页。 scrFiiiFs: 安全系数安全系数(nqun xsh)1.52.0 i : 允许允许(ynx)坡降坡降F i icr :土体发生流土破坏土体发生流土破坏n 工程设计：工程设计：流土可能性的判别流土可能性的判别n在自下而上的渗流逸出处，任何土，包括粘性土和无粘在自下而上的渗流逸出处，任何土，包括粘性土和无粘性土，只要满足渗透坡降大于临界水力坡降这一水力条性土，只要满足渗透坡降大于临界水力坡降这一水力条件，均要发生流土：件，均要发生流土：第51页/共58页第五十一页，共58页。n 土是否会发生管涌，取决于土的性质：土是否会发生管涌，取决于土的性质：n 粘性土（分散性土例外粘性土（分散性土例外(lwi)）属于非管）属于非管涌土涌土n 无粘性土中发生管涌必须具备相应的几无粘性土中发生管涌必须具备相应的几何条件和水力条件何条件和水力条件管涌管涌(un yn)