土力学教案-土渗透性

§3.2土的渗透性相互关联相互影响

土的强度土的变形土的渗流渗透性研究的三个方面渗流量问题

渗透破坏问题

渗流控制问题渗透性土体具有被液体透过的性质

渗透在水位（头）差作用下，水透过土体孔隙的现象

渗流模型基本假定：不考虑渗流路径的迂回曲折，只分析它的主要流向；图3-1渗流模型

认为孔隙和土粒所占的空间之总和均为流体所充满。3.2.1渗流模型相同体积内，渗流模型所受阻力与真实渗流相等。同一过水断面，渗流模型的流量等于真实渗流的流量；任一断面上，渗流模型压力与真实渗流压力分布相同；为使渗流模型在渗流特征上与真实的渗流相一致，需符合以下要求：渗流速度断面面积为A，通过的渗透流流量为q，则平均流速为：v=q/A真实渗流仅发生在孔隙面积A内，因此真实流速为：v0=q/A于是

v/v0=A/A=n

“模型的平均流速要小于真实流速”3.2.2土的渗透定律z为位置水头，是相对于基准面的高差。u为压力V为水的速度注：基准面可以任意选定基准面基准面基准面1、伯努利方程1856年法国学者Darcy对砂土的渗透性进行研究结论：水在土中的渗透速度与试样的水力梯度成正比v=ki达西定律水力梯度，即沿渗流方向单位距离的水头损失

2、达西定律i=h/L

k渗透系数cm/s砂土的渗透速度与水力梯度呈线性关系

v=kiivO砂土

v=ki

q=kAik是反映土体透水能力大小的综合性指标k越大土的透水能力越强

i=h/L达西定律适用范围与起始水力坡降密实的粘土，需要克服结合水的粘滞阻力后才能发生渗透;同时渗透系数与水力坡降的规律还偏离达西定律而呈非线性关系i

o起始水力坡降虚直线简化达西定律适用于层流，不适用于紊流0iv密实粘土V=k(i-i0)3.2.3渗透试验与渗透系数1、室内试验测定法时间t内流出的水量常水头试验—整个试验过程中水头保持不变

适用于透水性大（k>10-3cm/s）的土，例如砂土。

Q=qtk=QL/Aht变水头试验————整个试验过程水头随时间变化

截面面积a任一时刻t的水头差为h，经时段dt后，细玻璃管中水位降落dh，在时段dt内流经试样的水量dQ=－adh

在时段dt内流经试样的水量

dQ=kiAdt=kAh/Ldt

管内减少水量＝流经试样水量

－adh=kAh/Ldt

分离变量

积分

适用于透水性差，渗透系数小的粘性土

2、现场抽水试验r1和r2为观测孔与抽水井之间的距离，h1和h2为观测孔的水位高度。水力坡降：距井中心为r处水流经过的面积为代入达西定律：出水q为正，基准面在底面抽水试验——潜水井公式或（1）与层面平行的渗流的情况(水平渗透系数)H1H2H3k1k2k3Hq1xq2xq3xqx通过整个土层的总渗流量qx应为各土层渗流量之总和

3、成层土的等效渗透系数(2)垂直渗透系数

H1H2H3k1k2k3H根据水流连续定理，通过整个土层的渗流量等于通过各土层的渗流量

q3yq2yq1yqy各土层的相应的水力坡降为i1、i2、…、in，总的水力坡降为i

总水头损失等于各层水头损失之和

代入H1H2H3k1k2k3Hq1xq2xq3xqx达西定律整个土层与层面平行的渗透系数

水平渗透系数H1H2H3k1k2k3H垂直渗透系数q3yq2yq1yqy整个土层与层面垂直的渗透系数

=

n

Hi=1

Kiy

HiKx近似由最不透水(最小)的一层渗透系数和厚度控制由最透水(最大)的一层渗透系数和厚度控制=

HKiy

n

i=1

Ky近似水平向Kx>垂直向Ky成层土:

Hi3.2.4影响渗透系数的主要因素(1)土的粒度成分土粒愈粗、大小愈均匀、形状愈圆滑，渗透系数愈大细粒含量愈多，土的渗透性愈小，(2)土的密实度

土的密实度增大，孔隙比降低，土的渗透性也减小土愈密实渗透系数愈小

土的饱和度愈低，渗透系数愈小

(4)土的结构

扰动土样与击实土样，土的渗透性比同一密度原状土样的小

(3)土的饱和度

(5)水的温度(水的动力粘滞系数