土中水的运动规律

第三章土中水的运动规律本章要点Darcy渗流定律及其应用；渗透系数的测定方法；影响土的渗透性的主要因素；动水力（渗流力）的概念和计算方法；流砂、管涌的概念及发生的判别方法；土中水的运动原因和形式土的渗透性问题：重力作用下的地下水的流动；土的固结问题：在土中附加应力作用下孔隙水的挤出；土的毛细现象：由于表面现象产生的水分移动；在土颗粒的分子引力作用下结合水的移动：如冻结时土中水分的移动；由于孔隙水溶液中离子浓度的差别所产生的渗透吸附现象。与土中水的运动有关的工程问题流砂，管涌冻胀渗透固结渗流时的边坡稳定第一节土的毛细现象毛细现象土中水在表面张力作用下，沿着细微的孔隙向上及向其它方向移动的现象。毛细现象对工程的影响毛细水的上升是引起路基冻害的因素之一；毛细水的上升会引起房屋建筑的地下室过分潮湿；毛细水的上升可能引起土地的沼泽化和盐渍化。土层中的毛细水带土层中由于毛细现象所湿润的范围称为毛细水带。根据形成条件和分布状况，毛细水带可分为三种：正常毛细水带毛细网状水带毛细悬挂水带正常毛细水带又称毛细饱和带。位于毛细水带的下部，与地下潜水连通。主要由潜水面直接上升而形成，几乎充满全部孔隙。随着地下水位的升降而作相应的移动。毛细网状水带位于毛细水带的中下部，呈网状分布。可以在表面张力和重力作用下移动。毛细悬挂水带位于毛细水带的上部。由地表水渗入而形成，悬挂在土颗粒之间，不与中下部的毛细水相连。当地表有大气降水补给时，在重力作用下向下移动。毛细水带的产生毛细水带的产生取决于当地的水文地质条件。当地下水位很高时，可能只有正常毛细水带，而没有毛细悬挂水带和毛细网状水带。当地下水位较低时，可能同时产生三个毛细水带。毛细水带内含水量的变化在毛细水带内，土的含水量随着深度的减小而减小，但到达毛细悬挂水带后，土的含水量随着深度的减小而增大。毛细水的上升高度作用在毛细水柱上的上举力表面张力第二节土的渗透性内容提要渗流模型土中水渗透定律土渗透性的影响因素工程应用（动水力，流砂，管涌）土中水的渗流：

在水头差作用下，土体中的自由水通过土体孔隙通道发生流动的现象。土的渗透性：

土能让水等流体通过的性质。与渗透性相关的工程问题基坑开挖排水修筑渗水路堤饱和粘性土地基的沉降施工降水地下水开采土石坝及堤岸的稳定性渗流宋模型对渗流禁的简化具：不考虑朋渗流路酬径的迂裤回曲折厉，只分窄析它的国主要流划向；不考思虑土妨体中获颗粒研的影醒响，盯认为众孔隙阁和土隔颗粒钱所占会的空捧间之窃总和盯均为宝渗流碌所充镜满。水在拼孔隙框中的裕真实洲运动旧轨迹理想沉化的歇渗流烦模型对渗毯流模辈型的敬要求在同幸一过迈水断办面，孙渗流傅模型信的流喇量等暑于真绪实渗矮流的兰流量装；在任乡丰一界北面上大，渗观流模斧型的袍压力膀与真门实渗躁流的刃压力耀相等诸；在相虏同体像积内匀，渗探流模哑型所些受到李的阻厉力与付真实鸣渗流姐所受玩到的腥阻力划相等志。平均流鬼速与真递实流速渗流模倒型的平历均流速F—过水断宰面面积弊（m2）q—渗流流菌量（m3/s）真实流旁速ΔF—过水本断面F中所包梳含的孔建隙的面判积。真实渗则流仅发愧生在孔伍隙面积△F内平均钱流速江与真奇实流金速n<1董.0v<v0渗流铁模型监的平蛛均流膊速小萍于真动实的钥渗流狡流速土的残层流暖渗透员定律土体沙中孔拌隙一单般较熟小，辞水在消孔隙叼中渗肯流时秀的粘斧滞阻异力很绩大，率流速锯缓慢砍。层流歌：水命流流美线互蹦相平竞行的师流动宴。层流渗膏透定律层流达西（Da终rc圆y）定夏律层流基的渗暴透速筝度与跌水头攀梯度桌成正咸比达西过定律v—渗透柴速度于（m/化s）k—渗透炭系数斩（m/s）q—渗透流舟量（m3/s）I—水头梯互度达西定却律水头梯卡度I：沿着水跑流方向宏单位长敢度上的腹水头差轧。a、b两点的亏水头梯靠度:渗透流裙量q：单揪位时郊间内盖流过责土截惑面积F的流倒量。土的渗透系晚数参考值土的类别渗透系数（m/s）粘土<5×10-8粉质粘土5×10-8～1×10-6粉土1×10-6～5×10-6黄土2.5×10-6～5×10-6粉砂5×10-6～1×10-5土的类别渗透系数（m/s）细砂1×10-5～5×10-5中砂5×10-5～2×10-4粗砂2×10-4～5×10-4圆砾5×10-4～1×10-3卵石1×10-3～5×10-3土的渗透系炕数参考值达西暖定律救的适幅用范档围达西杏定律身只适辈用于层流的情恼况，少一般眼只适清用于扯中砂谦、细弓砂、颈粉砂富等土愈类中常水的萌渗流剖。对于孕粗砂砍、砾前石、辽卵石朋等粗员颗粒比土，呀水的驾渗流狐速度饶较大塘，不规再是罩层流点而是紊流，达西胸定律不慰再适用朴。对于粘座土中水罗的渗流贪，达西激定律需妄进行修撞正。粘土肯的渗毁透规丑律粘土健中自桶由水斑的渗阻流受敌到结污合水蔬的粘饶滞作悟用所捆产生纳的很个大阻梅力，朝只有心克服势结合姿水的铸粘滞贿作用泛才能昨开始幸渗流甲。克服诉结合倚水的殃粘滞循作用取所需闲要的刃初始销水头径梯度现，称桨为粘唉土的起始水递头梯度I0。粘土委中的碎达西着定律晶：砂具土粘叮土土的沾渗透议系数土的断渗透望系数怪的测砍定方有法：室内徐试验征测定常水拨头试谅验变水覆头试抚验现场隔抽水维试验常水企头渗颈透试船验在整个秋试验过絮程中，劫土样的纱压力水趣头ΔH保持不邪变。适用位于透惰水性左强的察无粘额性土签。渗透姑系数：常水昂头渗衬透试争验变水头那渗透试钞验试验过锋程中储意水管中悬的水位篮不断下务降，水圣头不断那减小。适用于满透水性舰弱的粘警性土。变水头酒渗透试刘验现场抽砖水试验用于谜粗颗叛粒土穴或成锯层土抽水井狠类型无压完雹整井无压非戚完整井无压益完整割井：现场抽睡水试验无压降非完港整井：现场抽蜂水试验成层土队的渗透体系数水平时渗流疮：水平向酬的平均朋渗透系陕数：竖向每渗流即：竖向平斩均渗透挖系数：成层土喂的渗透哲系数影响土留的渗透说性的因柿素土的惩粒度膨成分漏及矿慌物成返分结合吓水膜斥的厚锁度土的结凉构构造水的粘奸滞度土中气连体动水装力及煌渗流叶破坏水在贡土中返渗流疲时，魔受到盏土颗桨粒的牲阻力T的作述用，驾这个用力的刻作用嫁方向师是与亭水流留方向报相反现的，暖水流场必然趣有一膜个相墙等的膀力作构用在犹土颗各粒上洗。把水流雀作用在激单位体猜积土体鼻中土颗量粒上的株力称为动水宅力GD（kN蕉/m3），也称为渗流力。动水纤力的小作用绢方向惧与水育流方掉向一望致。动水脑力与距阻力T大小降相等托，方沉向相致反，市都用记体积术力表巷示。动水脆力的贪计算水流赏的流宪速变壮化很蜻小，远惯性貌力可杂以忽拼略不耗计土柱露隔离就体内遍水的丝式受力—作用在合土柱隔驶离体截鸣面a处的遵水压圾力，瓦其方回向与木水流惜方向裳一致和；—作用在娇土柱隔场离体截衬面b处的房诚水压店力，巷其方斥向与赴水流补方向柱相反安；—土柱隔晚离体内票水的重粘力，其牵方向为萄竖直向伶下；动水力占的计算动水浑力的个计算—土柱隔袜离体内胶土颗粒联作用于起水的力敞（水对烧土颗粒认作用的剩浮力的口反作用系力），发其方向侵为竖直续向下；—水渗流北时，土子柱隔离呢体中的界土颗粒县对水的系阻力，虾其方向阀与水流梅方向相狡反。土柱隔旺离体内胜水的受稀力土柱迈隔离况体内折水的纸力平玻衡方竖程动水选力的违计算动水伪力的害计算烦公式动水力青的计算动水力其表示的退是水流钉对单位蜂体积土最体颗粒叠的作用席力，是台由水流革的外力西转化为链均匀分宋布的体候积力，测普遍作希用于渗右流场中胞所有的枕土颗粒牲骨架上临。动水问力的较大小袋与水寄头梯宗度成葬正比萄，方阁向与集渗流目的方敏向一健致。渗流方筹向对土隙颗粒间特作用力拿的影响当水干的渗雅流由桶上向始下时窄，动宗水力那的方慎向与匆土体冶重力齐方向倦一致根，使土颗垦粒之间根的接触选压力增耀大；当水的誉渗流由惹下向上严时，动与水力的距方向与梦土体重筝力方向荒相反，使土颗难粒之间刊的接触扛压力减蛮小。当向上犁的动永水力GD与土的无有效重严度相等然时，即土颗粒魔间的压悦力就等肝于零，途土颗粒倍处于悬群浮状态枪而失去钉稳定。临界蠢水头秤梯度Icr：容许水碰头梯度南：安全及系数土的部渗透羽破坏泼与防烧治措欺施土的妇渗透打破坏诞：由于既水的嗽渗流哑作用颠引起迹的土事工建铸筑物巷和地埋基的乳破坏巨。土的渗春透破坏已的主要笔形式：流砂管涌土的渗副透破坏筋与防治终措施流海砂流砂贵：在粪向上创的渗段透水撑流作剩用下获，表盏层土布局部帐范围标内的育土体局或颗炭粒群锅同时欺发生经悬浮减和流舱动的叙现象垦。主要发团生在地核基或土钻坝下游扩的渗流颂溢出处励。土的渗届透破坏科与防治欺措施发生流乱砂现象服的土质退条件流砂现盈象主要敌发生在细砂、粉砂及粉土等土妈层中必。对于歼饱和滚的低纽奉塑性碑粘性渡土，绑当受纳到扰王动，日也会奏发生丹流砂醋。在粗颗五粒土及粘土中不犯易产跟生流剧砂现售象。土的渗丹透破坏烫与防治底措施流砂役现象浑的危凶害土的村渗透劣破坏眠与防辈治措肿施流砂现拌象的危多害土的悠渗透险破坏衰与防巷治措售施流砂现牧象的危稼害土的渗申透破坏吸与防治楼措施流砂航现象箩的判从别I<Icr，土体处两于稳定盖状态，隶不发生笛流砂；I旨=Icr，土体处如于临界陷状态；I仍>Icr，在土体吓发生流瓜砂破坏胖。流砂的逗安全性纹评价安全系浑数K一般取2.牌0～2.显5土的渗阴透破坏比与防治白措施防治流木砂现象玻的工程箱措施关键岁：控帅制渗尝流溢甘出处秃的水镰头梯纺度。切断过地基聋的透豆水层绕（防佳渗墙碎等）厉；延长渗络流路径错，降低县溢出处盛的水头夏梯度；减小多渗流恼压力塑，防责止土他体被骂渗透雀力悬卧浮（私减压旺井等队）。土的渗皇透破坏铲与防治叠措施管驴涌管涌垒：水搜在砂怕性土银中渗头流时勺，土奶中的赞一些撒细小原颗粒造在动借水力赴的作朽用下祝，通劳过粗扁颗粒轻的孔豪隙被红水流蝴带走饿的现穴象。土的蜘渗透被破坏筝与防控治措抗施土的苹渗透绘破坏静与防具治措砍施土的渗鬼透破坏找与防治耽措施管涌才现象膛的危竞害土的惹渗透先破坏豪与防中治措困施管涌喝与土睁颗粒秩组成俩的关凶系发生乎管涌磁的临筒界水句头梯斧度与杠土颗侵粒的美大小穿及其沈级配侄情况角有关虎。土的不屡均匀系瞧数越大缺，管涌杏现象越返容易发语生。土的渗帖透破坏凤与防治晃措施管涌现劣象的判译别不均亿匀系虫数：Cu<慰10，为非暖管涌土；10费<Cu<2盏0，为管叹涌土或茶非管涌揭土，还悟需结合略其它条稀件进行鼻判别；Cu>20，为管闹涌土。土的渗狠透破坏属与防治缩慧措施防治管吃涌现象扇的工程酿措施在渗尖流溢响出处爸铺设反滤借层，使土号颗粒不景被渗透能水流带神走。反滤娱层：往粒径竿沿水势流方盛向由英细到乞粗的耀级配供砂砾肠层。反滤法层由2-4层颗粒国大小不没同的砂黄、碎石弦或卵石洒等材料逃组成，史顺着水陶流的方恐向颗粒假逐渐增悉大。土的矿渗透告破坏仗与防们治措称施土的质渗透味破坏睛与防抹治措敲施第四节贩土在扒冻结过夜程中水滤分的迁香移和积没聚冻土现皱象及其跨对工程砌的危害冻土的该形成在冰冻铲季节因郑大气负粮温影响方，使土恼中水分冬冻结成近为冻土挤。冻土挂的分蝇类季节性圣冻土：虎冬季冻培结，夏袜季全部吸融化；隔年烤冻土群：冬闪季冻名结，谷一两饶年不炊融化拍；多年提冻土轿：冻无结状晕态持洋续三壮年或鞠三年纱以上邻。冻土哗现象秩及其爪对工简程的档危害我国冻芝土的分副布地区基本上却集中在斧纬度较席高和海影拔较高伶的严寒磁地区，求如东北购大兴安禾岭和小律兴安岭智北部，膛青藏高询原以及图新疆的狗天山、散阿尔泰贝山等地驰区。冻土现狗象：在冻土枕地区，诱随着土稀中水的看冻结和总融化，兼所发生每的一些唯独特的车现象。冻土纳现象晃是由冻结和融化两种仁作用忆所引举起。冻胀现哪象：土厚层在冻亚结时体甲积膨胀捧，使地累面隆起寸成丘的肥现象。冻胀被现象议对工花程的箩危害荐：使路基锻隆起，盒柔性路弃面鼓包策、开裂决，使刚火性路面娘错缝或问折断；使建筑梅物抬起鸣，引起宁建筑物谈开裂、要倾斜，胆甚至倒私塌。冻土免现象租及其划对工但程的麦危害冻融折现象凭对工普程的模危害嫂：使路基朵土含水认量增大恩，使土术层软化溉，强度翼大大降四低。在皆行车荷模载反复务作用下晴，路面返出现翻藏浆现象挠（开裂梅、冒泥忧），使辜路面破撤坏；使建互筑物皆发生立很大灭沉降台或不艘均匀枯沉降友，引细起建斗筑物显开裂烤破坏霸。预防冻羡融现象岔危害的浆核心：控制前冻胀辫融沉丛变形捉。冻土现茶象及其仍对工程喉的危害青藏铁男路沿线构的冻土防带青藏铁误路沿线密的冻土听带青藏铁质路冻土蹈路基稳神定性措条施—热棒青藏铁陪路冻土倾路基稳诸定性措悬施—遮阳棚冻胀的讲原因及贼影响因植素土发生伐冻胀的扎原因是络因为冻短结时土骗中的水插分向冻杂结区迁都移和积呆聚。冻结区浩具有引趋力作用裹，吸引床未冻结矮区水分搬向冻结承区迁移蛾。影响冻牲胀的因杰素：土的鲁因素水的捆因素温度疮的因逢素冻胀情的影浓响因守素土的欣因素冻胀现督象通常症发生在辆细粒土栽中，特需别是粉敬土、粉烦质粘土访中。（具币有较体显著胆的毛庸细现跳象，考毛细窗水上追升高念度大孙；表于面能挡大，遗吸附述结合冈水能匆力强夹）水的因律素冻结窄区地翁下水朴位高柱，冻姨胀现嗓象明属显。温度障的因柳素气温悟缓慢们下降桂，负典温持恐续时角间长驰，冻练胀现盟象明垄显。冻结崖深度研究席冻结或深度哄的目踏的：确定童建筑识物基自础的穷埋置何深度印。（在芦设计早中要剑求将浪基础余底面蹄置于麦当地立冻结背深度销以下斤，以纲防止读冻害佣的影批响。创