土力学土质学第三章

第三章土中水的运动规律第一节土的毛细性土的毛细现象对工程的影响毛细水的上升是引起路基病害的因素之一；对于房屋建筑，毛细水的上升会引起地下室过分潮湿；毛细水的上升可能引起土的沼泽化和盐泽化。一、土层中的毛细水带正常毛细水带（毛细饱和带）毛细网状水带毛细悬挂水带二、毛细水上升高度及上升速度作用在毛细水柱上的上举力P为：PGdSSqhmax毛细水管中水柱的上升毛细管内上升水的重力G为：毛细水柱所受竖向力平衡，即：若令q=00，则毛细水上升最大高度为：毛细水上升速度细粒土上升高度较大，上升速度较慢；粗粒土上升高度较小，上升速度较快。三、毛细压力第二节土的渗透性一、渗流模型二、土的层流渗透定律式中：I——水头梯度（水力梯度）渗流平均流速：于是：真实渗流流速：达西定律的适用范围1、粗粒土Reynold试验：当1≤Re≤10时（层流），达西定律适用。适用于：中砂、细砂、粉砂；不适用：粗砂、砾石、卵石等。2、粘土（非线性渗透）0abcvII0三、土的渗透系数1、室内试验测定法常水头渗透试验则土样的渗透系数为：变水头渗透试验dt时间内通过土样的流量为：根据达西定律：故得：积分可得：则可求得土样的渗透系数：2、现场抽水试验假定任一半径处的水头梯度为常数积分整理可得现场土体的渗透系数为：当抽水稳定时，有：两边积分：3、成层土的渗透系数水平渗流土层水平向的平均渗透系数kh为：竖直渗流土层竖向的平均渗透系数kv为：四、影响土的渗透性的因素土的粒度成分及矿物成分；结合水膜的厚度；土的结构构造；水的粘滞度；土中气体。五、动水力（渗透力）及渗流破坏1、动水力的计算公式水流方向土柱体ab：土柱体长度：l土柱体横截面积：Fa点水头：H1=h1+z1b点水头：H2=h2+z2则沿水流方向作用在土柱体ab内的水的力为：作用在截面a处的水压力，与水流方向一致；作用在截面b处的水压力，与水流方向相反；土柱体内水的重力在ab方向的分力，与水流方向一致；土柱体内土颗粒作用于水的力在ab方向的分力，与水流方向一致；水渗流时，土柱中的颗粒对水的阻力，与水流方向相反；根据水流方向作用在土柱体ab内水上力的平衡条件：即：其中：所以可得：动水力计算公式为：2、流砂现象、管涌和临界水力梯度流砂现象：土颗粒间的压力等于零，土颗粒处于悬浮状态而失去稳定。临界水力梯度：容许水力梯度[I]：第三节流网及其应用一、平面渗流基本微分方程假定土体和水都不可压缩，则单元进出流量应相等，由此可得：流入单元流量：流出单元流量：即：平面渗流连续条件微分方程由达西定律：将上式代入连续条件微分方程，可得：平面稳定渗流问题基本微分方程对各向同性土，kx=kz，则：二、平面稳定渗流问题的流网解法1、流网及其性质流网：等势线和流线交织成的网格；流网性质：流网是相互正交的网格；流网为曲边正方形；任意两相邻等势线间的水头损失相等；任意两相邻流线间的单位渗流量相等。2、流网的绘制3、流网的工程应用（1）渗流速度计算任意两等势线间水头差：则所求网格内的渗流速度：（2）渗流量计算单位宽度内总的渗流量：其中：m为流线数量；为任意两相邻流线间的单位渗流量。所以，单位宽度内的总流量为：第四节土在冻结过程中水分的迁移和积聚一、冻土现象及其对工程的危害冻土季节性冻土：冬季冻结，夏季全部融化；隔年冻土：冬季冻结，一两年内不融化；多年冻土：冻结状态持续三年或三年以上。冻土现象：冻胀融陷二、冻胀机理与影响因素1、冻胀的原因“结合水迁移学说”结合水冻结，结合水膜减薄，剩余分子引力；结合水膜中离子浓度增加，产生渗附压力；存在水源及适当的水源补给通道。2、影响冻胀的因素1）土的因素粉土、粉质粘土：毛细现象显著，水源补给通道通畅；亲水性强。粘土：结合水膜较厚，毛细孔隙