土的渗透性与渗透变形课件

土的渗透性与渗透变形第二章概述达西定律及其适用范围渗透系数及其确定方法渗透力渗流变形及防治主要内容概述下游上游土坝蓄水后水透过坝身流向下游H隧道开挖时，地下水向隧道内流动

浸润线透水层不透水层石坝坝基坝身渗流1.渗透量？2.渗透力？3.渗透破坏？板桩围护下的基坑渗流问题渗透问题：1.渗透量？2.渗透力？3.渗透破坏？ABL透水层不透水层基坑水流的连续性能量守恒动量守恒达西定律及其适用范围一、渗流中的水头与水力坡降总水头：位置水头z：水体的位置势能（任选基准面）压力水头p/γw:水体的压力势能（p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：二、达西定律试验条件：层流；h1，A，L均为常量量测变量：h2，Q，t试验结果：或者水在土中的渗透速度与试样的水力梯度成正比达西定律ib起始水力坡降v=kiivO砂土0iv密实粘土ivO砾石三、达西定律的适用范围适用条件：层流——砂土，粉土，松散或砂性重的黏土1、常水头试验试验条件：△h，A，L均为常量量测变量：渗水量Q，t试验结果：*适用土类：透水性较大的砂性土*2、变水头试验试验条件：a，A，L均为常量量测变量：水头差△h，tt=t2△h2适用土类：透水性较小的粘性土dht+dt在t→t+dt时段内：入流量：出流量：连续性条件：例2-1现做变水头渗透试验，所用粘土试样的截面积为30cm2，厚度为5cm，渗透仪细玻璃管的内径为0.5cm，试验开始时的水头差为150cm，经时段5min观察得水的水头差为130cm，试求试样的渗透系数。室内试验方法小结条件已知测定算定取值适用常水头试验△h为常数△h，A，LQ，t重复试验后，取均值粗粒土变水头试验△h变化a，A，L△h，t不同时段试验，取均值黏性土二、影响渗透系数的因素土粒大小和级配土的孔隙性土中封闭气体含量水的动力粘滞系数土粒越粗，大小越均匀，形状越圆滑，k值越大。土越密实，孔隙比越小，k值越小饱和度越低，孔隙中气泡越多，k值越小温度越高，水的粘滞性越小，k值越大三、成层土的渗透性天然土层多呈层状确定各层的ki根据渗流方向确定等效渗透系数等效渗透系数多个土层用假想单一土层置换，使得其总体的透水性不变ky已知条件：达西定律：等效条件：垂直渗流等效渗透系数算例H1=1.0m，k1=0.01m/dayH2=1.0m，k2=1m/dayH3=1.0m，k3=100m/day按层厚的加权平均，由较大值控制按层厚的倒数加权平均，由较小值控制渗透力J土粒阻力FJ=FJ—总渗透力，KNj—渗透力，KN/m3渗透力j：渗透水流对所流经的土体单位体积的作用力。二、渗透力的计算h土样L12121234h上游下游渗透变形（渗透破坏）一、渗透变形的基本形式渗透变形的基本形式：流土

管涌原因内因：较均匀的细土颗粒，或黏性土；外因：有足够大的水力坡降。

管涌：渗流作用下，土体中的细颗粒群在粗颗粒形成的孔隙通道中发生移动并带出的现象。原因内因：①无粘性土；

②有足够多的粗颗粒形成大于细粒直径的孔隙。外因：渗透力足够大

流土与管涌的比较

流土土体局部范围的颗粒同时发生移动管涌只发生在水流渗出的表层只要渗透力足够大，可发生在任何土中破坏过程短导致下游坡面产生局部滑动等现象位置土类历时后果土体内细颗粒通过粗粒形成的孔隙通道移动可发生于土体内部和渗流溢出处一般发生在特定级配的无粘性土或分散性粘土破坏过程相对较长导致结构发生塌陷或溃口坝体粘性土k1<<k2砂性土k2二、土的临界水力坡降定义：土体濒临破坏时的水力坡降称为临界水力坡降，以γcr表示。1、流土型土的临界水力坡降渗流流土的临界水力坡降：流土的水力坡降决定于土的物理性质流土的临界水力坡降的使用渗流溢出处的水力坡降叫作溢出坡降，记为。当土体处于稳定状态当土体处于临界状态当土体处于流土状态工程上的安全溢出坡降计算：——安全系数，常取2~2.52、管涌型土的临界水力坡降坝体渗流测定方法：（1）试验方法肉眼观察

i与v的关系aicr00.10.20.30.40.5

流速v0.70.60.50.40.30.20.1坡降i取最小值测定方法：（2）估算方法Ks

——安全系数，取1.5~2.0之间。工程设计：3、临界水力坡降的试验资料（1）临界水力坡降与不均匀系数的关系（2）临界水力坡降与细料含量的关系（3）临界水力坡降与渗透系数的关系渗透变形的防治防治流土透水层不透水层防渗体坝体浸润线减小i：上游延长渗径下游减小水压增大[i]：下游增加透水盖重改善几何条件：设反滤层等

改善水力条件：减小渗透坡降防治管涌本章小结工程实例渗流问题土的渗透性及渗透规律渗透力与渗透变形渗透中的水头与水力坡降渗透试验与达西定理渗透系数的测定及影响因素层状地基的等效渗透系数渗透力：概念与计算渗透变形：类型、条件、防治1、如下图所示，有A、B、C三种土，其渗透系数分别为KA=1×10-2cm/s，KB=3×10-3cm/s，KC=5×10-4cm/s，装在截面为10cm×10cm的方管中，问：(1)渗透经过A土后的水头降落值△h为多少？(2)若要保持上下水头差h=35cm，需要每秒加多少水？（2）（1）设经过B土后的水头降落值为△hB。根据各断面的渗流速度相等，有：解：（2）根据各断面的渗流量相等，有：2、如图所示，在长为10cm，面积8cm2的圆筒内装满砂土。经测定粉砂的Gs=2.65，e=0.9，筒下端与管相连，管内水位高出筒5cm，且固定不变，水流自下而上通过试样后溢流出去。试求（1）渗流力的大小；（2）临界水力梯度值判断是否会产生流砂现象。解：（1）（2）因此:不会发生流沙3、（2005年岩土工程师专业考试试题）某土石坝坝基表层土的平均渗透系数为k1=10-5cm/s，其下的土层渗透系数为k2=10-3cm/s，坝下游各段的孔隙率如表所列，设计抗渗透变形的安全系数采用1.75，请指出下列（）选项项段为实测水力坡降大于容许渗透比降的土层分段。（A）Ⅰ（B）Ⅱ（C）Ⅲ（D）Ⅳ某土石坝坝基表层土的平均渗透系数为K1=10-5cm/s，其下的土层渗透系数为k2=10-