第2章 土渗透性

第二章土的渗透性土颗粒土中水渗流渗透地下水在从水力坡降作用下穿过土体孔隙发生流动的现象的现象渗透性土体被水的性能称为土的渗透性为什么土体具有渗透性？第一节基本概念渗透性有强弱之分，无好坏之别。心墙代料代料库水位渗透性弱渗透性强相邻两个水分子的运动轨迹相互平行而不混流层流

渗流模型假定：1.不考虑渗流路径的迂回曲折，只考虑主流方向；2.不考虑土体中颗粒的影响，认为孔隙与颗粒所占的空间均为渗流所填充。a)实际的渗流土体

渗流模型b)理想的渗流模型

（一）达西定律满足条件：1.同一过水截面，模型渗流流量等于真实渗流流量；2.任意过水截面上模型渗流压力等于真实渗流压力；3.相同体积内模型渗流所受到的阻力与真实渗流所受到的阻力相等。过水截面(过水界面）水在饱和土体中渗流时，在垂直于渗流方向取一个土体截面。

渗流模型假定在时间t内渗流通过过水截面（面积为A）的渗流量为Q，渗透速度表达式为：单位时间内的渗流量为(cm3/s)：渗透速度可表达为(cm/s)

：实际平均速度与假想平均流速的关系

渗透速度

A点总水头：ABLhAhBzAzBΔh基准面水力梯度线

B点总水头：二点总水头差反映了两点间水流由于摩阻力造成的能量损失。

水力梯度（坡降）：单位渗透长度上的水头损失。

水力梯度装置中2是面积为A的直立圆筒，其侧壁装有两支相距为L的测压管。多孔滤板3下部放碎石，上部放颗粒均匀的砂土样。水由上端注入圆筒，多余的水从溢水管4溢出，使筒内的水位维持恒定。渗透过砂层的水从出水管5流入量杯6中，并以此来计算渗流量Q。

单位时间内的渗出水量q与水力梯度和圆筒断面积成正比，且与土的透水性质有关。达西定律：达西渗透试验装置示意图结论：00反映土的渗透性强弱的指标称为渗透系数（cm/s）△habh2h13

达西定律砂土密实黏土起始水力梯度渗透速度与水力梯度的关系砾类土达西定律适用于层流，不适用于紊流（二）达西定律的适用范围实际工程：借用达西定律，定量计算，定性分析第三节渗透系数及其确定方法一、渗透试验1.常水头试验试验为人工制备A、L已知试验中保持常水头测出时间t内的流量Q（cm/s)、（m/d）2.变水头试验粘性土，k很小，常规试验，时间很长常规试样，L=5cm,A=30c㎡,i=10Q=50ml,k=10-6cm/s时，需时167000s—1.93天昼夜温差不同，k就不同大气蒸发会引起误差任一时间t，水头差为h，经过dt时段，水位降落dh，dt时段的渗流量dQ=-a×dh水力坡降i=h/L达西定律：dQ=kiA×dt两边积分，从试验开始时（ｔ１对应水头高ｈ１）到试验结束时（ｔ２对应水头高ｈ２）－试验时水力坡降一般为ｉ＝１０～２０，所以总能测出ｋ，实际工程中ｉ为１～２或更小，可能小于粘土起始水力坡降ｉｂ。二、影响渗透系数的因素１．土粒大小与级配粒径大，渗透系数大，级配好，渗透系数小２．土的孔隙比孔隙比大，渗透系数大３．水的温度水温高，动力粘滞系数h小，ｋ大４．土中封闭气体含量封闭气体多，对渗流通道阻滞，渗透系数ｋ小各影响因素的关系：不在同一数量级上，粒径＞＞级配＞＞孔隙比＞＞水温＞＞封闭气体粘性土，ｅ大，ｋ小砂土，ｅ小，ｋ大不同温度测得的渗透系数，换算处２０℃的ｋ２０进行对比三、成层土的渗透性１．平行于土层方向各土层厚度为Ｈｉ渗透系数为ｋｉ两端作用相同水力坡降ｉ，２．垂直于土层方向各土层流量相同各土层过水面积相同总水头损失等于各土层水头损失之和结论：平行于土层方向的渗透系数决定于最透水一层。垂直于土层方向的渗透系数决定于最不透水一层。土层水平沉积，土坝一层层填筑，每一层均有统计综合渗透系数kx、ky时，不可分方向简单统计应按理论分析确定一般：kx≈8~10ky第四节渗流作用下土的有效应力一、静水条件下z深度处a截面总重量总应力a点处孔隙水压力a截面土粒接触点面积很小，忽略不计a截面上总水压力为：a截面上由固体土粒传递的力为：定义：单位土体面积上由固体土粒传递的力称为土的有效应力。

kPa有效应力原理：土中总应力等于有效应力与孔隙水压力之和，称为有效应力原理。孔隙水压力各向相等，称为中性压力，只有有效应力影响土的性质二、渗流作用下土的有效应力1.向下渗流2-2’剖面上：结论:向下渗流，土中有效应力增加2.向上渗流2-2’剖面上：结论:向上渗流，土中有效应力减小3.渗透力发生渗透后，引起水头损失△h，A、B两处由于渗透减少的水压力为土体阻滞渗流使力减小了U,即水对土体作用力为U,该力作用在体积V=L*A的土体上，称为总渗透力ABLhAhBzAzBΔh基准面水力梯度线带着体积无法对比，换算成单位体积上的力。定义：渗流作用于单位体积土体是的力称为渗透力。

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。黏性土k1<<k2砂性土k2坝体渗流原因：临界水力梯度第五节渗透变形坝体管涌：是指在渗流作用下，土体中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙道中发生移动并被带走的现象。

渗流过程演示1.在渗透水流作用下，细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中移动流失2.孔隙不断扩大，渗流速度不断增加，较粗颗粒也相继被水带走3.形成贯穿的渗流通道，造成土体塌陷管涌现象坝体坝体流土的临界水力坡降向上渗流：当有效应力减小到0时，发生流土icr在0.8~1.2之间允许水力坡降：实际的i大于[i]，即判别为会发生流土（安全储备不够）管涌的临界水力坡降：实际工程中，管涌允许水力坡降根据规范确定流土现象防治措施①、减小或消除水头差；②、增加渗流路径；③、在向上的流出口处地表用透水材料覆盖以平衡渗透力；④、土层加固处理，如冻结法、注浆法等。

渗透变形的防治措施管涌现象的防治黏性土（分散性土例外）属于非管涌土；无黏性土中发生管涌必须具备相应的几何条件和水力条件改善几何条件：设反滤层等

改善水力条件：减小渗透坡降工程中的管涌治理：堵前导后发生管涌，一定是已形成导水通道，千万不能堵出流口。出流口被堵可能会演变成流土。--出口处反滤，用潜水员找进水口