土中水的运动规律课件

第二章土中水的运动规律概述土的渗透性二维渗流及流网土的毛细性及土的冻胀主要内容本章重点：渗透定律、渗透系数、动水力及流砂现象12.1土的渗透问题概述浸润线流线等势线下游上游土坝蓄水后水透过坝身流向下游渗透——自由水在水位差作用下，发生从土内孔隙中透过的现象H隧道开挖时，地下水向隧道内流动

2研究渗流主要解决两类问题

渗流量计算问题：深基坑开挖排水问题

渗流稳定与渗流控制问题：产生渗透变形，甚至渗透破坏，如道路边坡破坏、堤坝失稳、地面隆起等

3讨论：1）公式适用于层流情况，一般适用于中、细、粉砂土；2）在粘土中应按修正后的达西定律考虑起始水头梯高io计算。V=K（i-io）。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

起始水力坡降i0v=kiivO砂土0iv密实粘土虚直线简化砾土5二渗透系数及其确定方法时间t内流出的水量1.常水头试验————整个试验过程中水头保持不变，适用于透水性大砂土（k>10-3cm/s）。Δhh2h1:

测定渗透系数方法试验室测定:常水头试验变水头试验现场抽水试验6

2．变水头渗透试验————整个试验过程水头随时间变化

适用于适用于透水性差，渗透系数小的粘性土。73．现场抽水试验————室内试验时不易取得原状土样，或者土样不能反映天然土层的层次或土颗粒排列情况时图2-6现场抽水试验非承压完整井还有其它几种形式？9①水平向渗流时Kh

I=I1=

I2q=q1+q2F=F1+F2=1×h1+1×h2=h1+h2

Kh

=∑Kihi/∑hi受渗透系数最大的土层控制

②竖直向渗流时KVq=q1=q2；F=F1=F2ΔH=ΔH1+ΔH2

KV=∑Kihi/∑(hi/KI)受渗透系数最小的土层控制Δh1Δh2qFk1k2k1k2q1q2h1h2qh1h24．成层土的渗透系数10（1）土的矿物成分：蒙脱石含量↑，或有机质↑，则K↓（2）粒度成分：粗↑，浑圆↑均匀↑则K↑（3）结合水膜厚度↑,K↓；厚度↓，K↑（4）土的结构构造：黄土KV》Kn，夹砂粘土KV<Kn（5）水的沾滞度ηt：温度T↑，Rt应进行修正，以10℃水为标准渗透系数值K20:

K20=kTηT/η205影响渗透性的因素T、20分别为T℃和20℃时水的动力粘滞系数，可查表（6）土中气体：含密闭气泡↑，K↓11三渗流力及流砂与管涌现象

1.渗流力GD——水流作用在单位体积土体中土颗粒上的力称为渗流力，也称动水力

Δh2h1h21L水流流经这段土体，受到土颗粒的阻力，阻力引起的水头损失为h土粒对水流的阻力应为

水柱隔离体平衡条件水柱重力

土颗粒对水总的阻力渗透力是一种体积力，其大小与水力坡降成正比，作用方向与渗流方向一致，单位为kN/m3（矢量）132.流砂、管涌与临界水头梯度——流砂——当向上的GD与土的浮重度相等时，即GD=γω·I=γˊ=γsat-γω，这时土颗间的压力等于零，土颗粒将处于悬浮状态而失去稳定，该现象称为流砂。临界水力坡降(梯度)———土在水下的浮重度G’为γˊ，当向上的渗流力GD与土的浮重度相等时，其水力坡降即为临界水力坡降工程中，将土的临界水力坡降除以某一安全系数Fs(2～3)，作为允许水力坡降[i]。G’GD或14管涌——水在砂性土中渗流时，土中的一些细小颗粒在动水作用下，可能通过粗颗粒的孔隙被水带走的现象。讨论：1流砂发生在土体表面渗流逸出处，不发生在土体内部，而管涌两者都可能发生。

2流砂主要发生于细、粉砂及粉质粘土中，而在粗颗粒土及粘土中不易发生。

3管涌的临界水头梯度与土的颗粒大小及其级配情况有关。不均匀系数Cu↑，则Icr↓，图2-10

图2-10流砂引起破坏示例a)基坑因流砂失稳b)河堤覆盖层下流砂涌出a)b)15流砂现象的防治原则是：①减小或消除水头差，如采取基坑外的井点降水法降低地下水位或水下挖掘；②增长渗流路径，如打板桩；钢板桩原地下水位明沟排水原水位面一级抽水后水位二级抽水后水位多级井点降水17③在向上渗流出口处地表用透水材料覆盖压重以平衡渗流力；④土层处理，减小土的渗透系数，如冻结法、注浆法等

砂垫层水位加筋土工布回填中粗砂抛石棱体设置反滤层18

2．3二维渗流及流网

一、二维渗流方程及流网的特征

1二维渗流方程流网——是由一组流线和一组等势线互相正交组成的网格。在稳定渗流场中，流线表示水质点的流动路线，流线上任一点的切线方向就是流速矢量的方向。等势线是渗流场中势能或水头的等值线。

图2-12平面流网示意图aili流线等势线19二流网的绘制及应用

按一定比例绘出结构物和土层的剖面图。1流网的绘制判定边界条件，图中aaˊ和bbˊ为等势线边界(透水面)；acb、ssˊ为流线边界（不透水面）。先试绘若干条流线(应相互平行，不交叉且是缓和曲线)；流线应与进水面（aaˊ）、出水面(bbˊ)正交，并与不透水面(流线ssˊ)不交叉。加绘等势线。须与流线正交，且每个渗流区的形状接近“方块”。图2-12平面流网示意图ailih212流网应用1)相邻等势线间的水头损失hi。2)各网格水力梯度ii各网格的渗透速度vi为3）单位渗流量q总渗流量为

4)任意点的孔隙水压力ui等势线的间隔数

等势线宽图2-12平面流网示意图ailih流槽数22一土层中的毛细水土中水的运动形式：5种土的毛细现象——指土中水在表面张力作用下，沿着孔隙向上及其他方向移动的现象