土力学电子教案之土的渗透性和渗透问题

教案表头第二章 土的渗渗透性和渗渗透问题课堂教学实践教学课时32内容提要1．达西定律；2．渗透系数及其其确定方法法；3．渗透力和渗透透变形；4．渗流工程问题题与处理措措施。能力培养要求1．掌握水在土中中渗透的基基本规律，掌掌握渗透系系数确定方方法；2．领会渗透力和和渗透变形形的概念；；3．了解渗流工程程问题与处处理措施。教学形式教师主讲、课堂堂讨论、学学生讲评、提提问答疑、工工程案例分分析等日期班级课室时间90min复习旧课时间min新课题目第一节达西定定律第二节渗透系系数及其确确定方法教学目标1．熟悉达西定律律2．领会测定土的的渗透系数数原理3．了解渗透力与与临界水力力坡降的定定义4．熟悉渗透变形形的类型及及特点教学辅助资料多媒体课件、三三角板等教学内容设计及安排第二章土的渗透性和渗透问题第一节达西定律【基本内容】渗透——在水位差作用下，水透过土体孔隙的现象。渗透性——土具有被水透过的性能。一、达西定律v=ki=k或用渗流量表示为q=vA=kiA式中v――渗透速度，cm/s或m/d；q――渗流量，cm3/s或m3/d；i=h/L――水力坡降（水力梯度），即沿渗流方向单位距离的水头损失，无因次；h――试样两端的水头差，cm或m；PAGE2L――渗径长度；cm或m；k――渗透系数，cm/s或m/d；其物理意义是当水力梯度i等于1时的渗透速度；A――试样截面积，cm2或m2。【注意】由上式求出的v是一种假想的平均流速，假定水在土中的渗透是通过整个土体截面来进行的。水在土体中的实际平均流速要比达西定律采用的假想平均流速大。二、达西定律的适用范围与起始水力坡降对于密实的粘土：由于结合水具有较大的粘滞阻力，只有当水力梯度达到某一数值，克服了结合水的粘滞阻力后才能发生渗透。起始水力梯度――使粘性土开始发生渗透时的水力坡降。(a)砂土(b)密实粘土(c)砾石、卵石粘性土渗透系数与水力坡降的规律偏离达西定律而呈非线性关系，如图（b）中的实线所示，常用虚直线来描述密实粘土的渗透规律。(2-3)式中ib――密实粘土的起始水力坡降；对于粗粒土中（如砾、卵石等）：在较小的i下，v与i才呈线性关系，当渗透速度超过临界流速vcr时，水在土中的流动进入紊流状态，渗透速度与水力坡降呈非线性关系，如图（c）所示，此时，达西定律不能适用。第二节渗透系数及其确定方法【基本内容】一、渗透试验1．常水头试验常水头试验适用于透水性大（k>10-3cm/s）的土，例如砂土。常水头试验就是在整个试验过程中，水头保持不变。试验时测出某时间间隔t内流过试样的总水量V，根据达西定律PAGE3即2．变水头试验粘性土由于渗透系数很小，流经试样的总水量也很小，不易准确测定。因此，应采用变水头试验。变水头试验就是在整个试验过程中，水头随时间而变化的一种试验方法。利用数学方法可得到渗透系数如用常用对数表示，上式可写为二、影响渗透系数的因素【讨论】上述因素对渗透系数的影响三、成层土的渗透系数1．平行层面渗透系数【讨论】对于成层土，如果各土层的厚度大致相近，而渗透性却相差悬殊时，与层向平行的平均渗透系数将取决于最透水层的厚度和渗透性。2．垂直层面渗透系数【讨论】对于成层土，如果各土层的厚度大致相近，而渗透性却相差悬殊时，与层面垂直的平均渗透系数将取决于最不透水层的厚度和渗透性。【例题先自习后讲解】【例2-1】设做变水头渗透试验的粘土试样的截面积为30㎝2，厚度为4cm，渗透仪细玻璃管的内径为0.4cm，试验开始时的水位差为160cm，经时段15分观察得水位差为52cm，试验时的水温为30℃，试求试样的渗透系数。【解题思路】熟悉变水头公式计算k20第三节渗透力和渗透变形【基本内容】PAGE4一、渗透力和临界水力坡降1．渗透力渗透力――水在土体中流动时，渗透水流施加于单位土粒上的拖曳力。渗透力的特点【讨论】渗透力对土体稳定的影响2．临界水力坡降——使土体开始发生渗透变形的水力坡降。设计时，将渗流逸出处的水力坡降控制在允许坡降[i]内，即i≤[i]二、渗透变形渗透水流将土体的细颗粒冲走、带走或局部土体产生移动，导致土体变形，这类问题称为渗透变形问题。1．渗透变形的基本形式2．流土的特点：发生于地基或土坝下游渗流出逸处，而不发生于土体内部。开挖基坑或渠道时常常遇到的流砂现象，就属于流土破坏。细砂、粉砂、淤泥等较易发生流土破坏。3．管涌的特点：既可以发生在土体内部，也可以发生在渗流出口处。它的发展一般有个时间过程，是一种渐进性的破坏。管涌的临界水力梯度icr一般通过试验确定。【工程经验】粘性土由于粒间具有粘聚力，连结较紧，常不出现管涌而只发生流土破坏；不均匀系数Cu>10的匀粒砂土，在一定的水力梯度下，局部地区较易发生流土破坏；对Cu>10的砂和砾石、卵石，分两种情况。当孔隙中细粒含量较少（小于30%）时，只要较小的水力坡降，就足以推动这些细粒发生管涌。如它们的孔隙中细粒增多，以至塞满全部孔隙（此时细料含量约为30%~35%），便不出现管涌而会发生流土现象。【提问答疑】【本次课小结】1．达西定律2．测定渗透系数的方法3．渗透力与渗透变形【复习思考】达西定律的适用条件有哪些？PAGE52．实验室测定渗透系数的方法有哪两种？它们分别适用于什么情况？3．何谓渗透力？其大小、方向、单位如何？4．渗透变形的基本形式有分哪两种？它们分别有什么特征？【课后作业】课后反馈意见PAGE6教案表头：日期班级课室时间45min复习旧课上节课主要内容容及反馈信信息时间min新课题目第四节渗流工工程问题与与处理措施施※习题复习课教学目标1．了解常见工程程渗流问题题及其处理理措施2．系统复习全章章内容3．提高学生学习习积极性、提提高学生解解决问题能能力教学辅助资料多媒体课件及相相关工程资资料教学内容设计及及安排第四节渗流工工程问题与与处理措施施【基本内容】一、渗流工程问问题1．地下水的浮托托作用2．地下水的潜蚀蚀作用3．流砂4．基基坑突涌二、防渗处理措措施1．水工建筑物渗渗流处理措措施水工建建筑物的防防渗工程措措施一般以以“上堵下疏”为原则，上上游截渗、延延长渗径，下下游通畅渗渗透水流，减减小渗透压压力，防止止渗透变形形。①垂直截渗垂直截截渗墙、帷帷幕灌浆、板板桩等都属属于垂直截截渗。②设置水平铺盖上游设设置水平铺铺盖，延长长水流渗透透路径。③设置反滤层在水工建筑物下游游设置反滤滤层，既可可通畅水流流，又起到到保护土体体、防止细细粒流失而而产生渗透透变形。④排水减压为减小下游渗透透压力，常常常在水工工建筑物下下游、基坑坑开挖时，设设置减压井井或深挖排排水槽。【工程实例】【讨讨论】采用用上述措施施的原理2．基坑开挖防渗措措施①工程降水可采用明沟排水水和井点降降水的方法法人工降低低地下水位位。②设置板桩沿坑壁打入板桩桩，它一方方面可以加加固坑壁，同同时增加了了地下水的的渗流路径径，减小水水力PAGE7坡降。③水下挖掘在基坑或沉井中中用机械在在水下挖掘掘，避免因因排水而造造成流砂的的水头差。为为了增加砂砂的稳定性性，也可向向基坑中注注水，并同同时进行挖挖掘。基坑开挖防渗措措施还有冻冻结法、化化学加固法法、爆炸法法等。※习题复习课【学生讲台解答答作业】【学生互评】【教师点评】【工程防渗实例例简介】【提问答疑】【本章小结】1．层流状态，水水在土中的的渗透速度度与试样的的水力梯度度（或水力力坡降）成成正比；2．常水头试验适用用于透水性性大（k>10-33cm/s）