土力学第三章土中水的运动规律讲义

第三章土中水的运动规律§3土中水的运动规律

碎散性多孔介质三相体系孔隙流体流动渗流各种势能作用下，水在土体孔隙中流动的现象渗透性土具有被水透过的性质渗透特性强度特性变形特性概述能量差毛细现象在表面张力作用下，自由水沿细的孔隙通道移动的现象渗流滑坡渗流滑坡§3土中水的运动规律

3-1土的毛细性3-2土的渗透性与达西定律3-3渗流力及渗流稳定分析（重点）3-4二维渗流与流网3-1土的毛细性一、土层中毛细水的分布毛细水带：土层中毛细水所浸润的范围。分为三类：1、正常毛细水带(又称毛细饱和带)：潜水面直接上升而形成。

2、毛细网状水带：由地下水位的变动而引起。3、毛细悬挂水带：地表水渗入形成

三种毛细水带不一定同时存在；毛细水带内土的含水率随深度变化3-1土的毛细性二、毛细水上升机理、上升高度及上升速度上升机理：

由液体的“表面张力”和毛细管的“湿润现象”产生。表面张力：在其作用下，液体力图缩小表面积，从而降低表面自由能；湿润现象：毛细管管壁的分子和水分子之间的引力使与管壁接触部分的水面呈内凹的弯液面。结论：上述两种作用周而复始，使毛细管内水柱上升，直至升高水柱的重力和管壁与水分子之间的引力所产生的上举力平衡为止。

土中毛细现象上升高度:πr2hcγw=2πrTcosα二、毛细水上升机理、上升高度及上升速度

毛细升高与孔径成反比粘土粉土砂土分析对象:水柱毛细水实际上升高度与理论计算结果不同；毛细管越细，管壁阻力大，毛细水上升速度慢对砂疑土强动度的峡影响:毛细胖角边袋水受冲拉,土颗妇粒受再压，医即假字凝聚盘力：支稍湿传砂粒删存在首粘结伯作用假定α=咳0,毛细招压力2πrT侮co僵sα+ucπr2=汤0三、督毛细基压力（表剖面张款力效站应）非饱拐和土普中毛抛细压垄力的冻影响分析担对象:水膜四、取土的爱毛细吹现象暮对工唐程的圆影响1、毛镇细水狠的上绒升引欠起建左筑物村或构驱筑物择地基绘冻害粒；2、毛瓶细水担的上彩升会俱引起稳房屋应建筑耽地下参室、超地下丽铁道载侧壁支过分未潮湿就，对歇防潮董、防危湿带悬来更般高的毅要求树；3、当姿地下裳水有法侵蚀那性时渡，毛值细水位的上销升，长可能馅对建迹构筑役物基溜础中没的混桶凝土杏、钢私筋等杂形成优侵蚀寄作用恼，缩抽短使倘用年泄限。4、毛删细水堵的上伐升还哭可能忆引起敢土的坟沼泽津化、梯盐渍蠢化，娃对道膝路、驳桥梁马、水蛾利工行程等发可能带造成屈影响忍。3-划2土的谨渗透继性与扫达西验定律渗流——各种做势能烛作用歼下，英水在旷土体翅孔隙责中流搏动的债现象渗透丛性——土具寄有被柱水透返过的告性质3-守2土的暗渗透荣性与荐达西状定律一、惕渗流漫模型图3-河3渗流郊模型a）水枝在土画孔隙糟中的泉运动旦轨迹肆；b）理书想化申的渗望流模暮型层流语：水逃在土剂的细哗微孔套隙中喷的缓胁慢流左动称资为层汤流。二．验渗流吴中的躺水头麻与水闲力坡奴降ABL3-带2土的园渗透遮性与达西石定律透水与层不透夕水层基坑板桩址墙ABL二．初渗流勇中的痒水头竟与水物力坡材降h1h2zAzBΔh00基准器面水力判坡降冠线总水稼头－单位胜质量眉水体诱所具砖有的垦能量z：位既置水安头u/γw：压映力水辉头V2/(察2g肆)：流速胆水头≈0A点总委水头撑：B点总贵水头崭：总水缝头：水力请坡降暮：三、浆渗透闸试验昌与达婆西定耍律层流江状态宽下土厉中水狼的渗埋流速聋度与汁能量守损失肝之间耍服从穷线性食渗流启规律渗透索系数耗的物越理意森义——单位堆水力仁梯度阳时孔带隙流学体的骑渗流信速度喘。反映赛土体茂渗透梨性的暗大小刊，是废土的势重要万指标俭之一循。可袖通过亩试验轨测定回。达西稳定律达西额定律仅的基本骡假定：（1）采用蹈了以诸整个站断面割计算旧的假懒想平晃均流拦速，耳而不着是孔俊隙流貌体的榴实际飘流速盐。实净际流扁速要选比平咱均流祝速大诵。（2）采用志了以碧土样处长度绑为渗鸦径的毁平均听水力送梯度阻，而望不是劣渗透挪水流哲的真决正水舌力梯尸度。无粘性土中砂、细砂、粉砂粘土适用敏条件奏：大部牌分砂申土，帅粉土晒；疏松谷的粘峡土及陪砂性爆较重径的粘总性土起始战水力指梯度四、季渗透甲系数（一宾）测健定方技法1、常功水头移渗透角试验适用勤范围搞：透水密性强套的无朱粘性碗土。试验缠装置纵：如边图示试验弄特点趴：水在镜常水住头差h的作码用下货流过态试样喝。试验姻方法矿：测量狗对应析于某鄙一时伏段t，流经倒试样仓的水透量Qi=殃h/淹LQ=vA纳tv=ki2、变横水头摊渗透鱼试验适用弃范围栋：渗透去性很镜小的项粘性茅土。试验稳装置极：如参图示试验脚特点佣：试样络顶部劫水头社随时腹间变籍化，呆作用首于试拣样两咐端的易水头睡差h在试王验过绢程中县是变档化的悦。自学浴推导矛过程室内兔试验的方法随对比常水佛头试窃验变水邪头试扑验条件已知测定算定取值h=障co袖ns非th变化h，A，LQ，t重复睁试验兼后，夸取均升值a，A，Lh，t不同甚时段傅试验朋，取图均值适用粗粒崭土粘性裁土3、野纸外测书定方胳法－抽水瓜试验锯和注菊水试迷验法优点蜻：可殃获得弦现场限较为碌可靠遣的平披均渗柄透系竟数地下挪水位≈测压小管水垂面井抽水蜂量Qr1rr2dhdrh1hh2不透进水层（完某整井历）观察裂井A=恼2πrhi=句dh浑/dr缺点洞：费态用较肯高，鹊耗时日较长试验方五法：理论姓依据饼：（二航）影响吉因素粒径视大小进及级督配孔隙迎比矿物兄成分结构鹊和构狐造水的业动力我粘滞罗系数饱和娇度（跌含气伐量）—对k影响割很大扬，封水闭气母泡（三唱）各贤种土输的渗魂透系运数影响炉土的吉渗透工性的恼因素留比较得复杂煎，土矩的渗泽透系殊数的赤变化绞范围厚很大戏。表3-蓬2（第78页）摆分别改给出昼了各奖种土状渗透拨系数仁值参原考值娃。自学报例题3-受1。（四公）层竟状地乳基的怨等效河渗透游系数等效抽渗透押系数确立炒各层印的ki根据遍渗流应方向缓确定木等效续渗透观系数天然伐土层售多呈卖层状H1H2H3HΔhk1k2k3xzq1xq3xq2xL（四仍）层冒状地估基的等效贤渗透获系数1122不透潮水层水平淡渗流条件:等效腊渗透滨系数:qx=vxH=kxiHΣqix=ΣkiiiHi闸板H1H2H3HΔhk1k2k3xz竖直州渗流:v承压冈水条件:等效鞠渗透宰系数:vi=ki(Δhi/Hi)（四寨）层扶状地枕基的等效梢渗透汁系数算例锯说明按层科厚加驳权平咳均，友由较志大值控控制倒数宴层厚员加权深平均鸦，由沉较小阶值控带制（四忧）层俱状地雁基的等效道渗透书系数3-粗3渗流而力及童渗流插稳定栏分析渗流披力：麻当土血中发白生向斗下或刊向上藏的渗蜡流时辜，渗户透水赤流作绞用在禾土颗你粒上寸的与宋渗流况方向甜相同珍的体王积力病，使坏土骨弹架应植力相钩应地秆增加犹或减般小，慕此体凝积力宰称为鲜渗流利力。渗流印变形渗流附力一、编渗流解力1.试验犁装置隔：可凳产生海垂直斜渗流辩的试惰验装卸置，绸如图惠所示柄。2.试验唇假设土是条均匀愉的，疑土中缎的渗锹流不冒论向绸上还植是向彼下，宪土中勾的水姓头损厌失沿阻渗流候方向融都是胶均匀朵变化贞的，凉即假西设渗陕流引夸起的应力吩改变都量沿轨渗流存方向隔是直眼线变箱化的。在稳岭定渗门流情病况下圆，饱纵和土奸体中盈的土陷骨架臭应力嫩和孔壮隙水敢应力哄与静逢水条浊件中叮的不被同当h2=h1时，脱即h=捐0，即静益水状负态当h2<瓣h1时，h2=h1-h，即向全下渗屋流当h2>着h1时，h2=h1+每h，即向呜上渗朋流结忙论：土中碍发生季向上失的渗植流时少，由代于孔挖隙水展向上杰渗流备，并瓦且作陷用在踪蝶土颗樱粒上抽一个的向上延的体忌积力彼，使款得土既骨架对应力创降低哑，而秋该体绞积力套反作霉用于求孔隙雄水上伍，使菊孔隙粪水应绵力增述加，牌增加决和减卧小的熔数值创相等宴，均否为γwh。3、单文位渗馋流力践：每屿单位炼土体友内土锯颗粒胳所受提的渗韵流作浓用力用j表示猫，单略位为kN恒/m3当h1=h2时，忆无渗羞流发渣生当h1>h2时，税向上乞渗流当h1<h2时，革向下俯渗流渗流伐力是闷一种尼体积梯力，煤单位豪为kN洞/竞m3，其大掉小和顿水力迟坡降趟成正池比，亡方向板与渗撇流方扭向一闻致。渗流具力方乞向与扯重力进方向具一致做时，馒渗流匪力对探土骨确架起理渗流艰压密毛作用轻，对此稳定味有利仗。渗流垄力方拌向与眼重力趣方向贝相反运时，况渗流格力对建土骨顽架起跪浮托担作用诱，对珍稳定军不利子。当氏渗流洲力大掏到某煌一数怪值时笑，会姓使该践处土足体发虑生浮般起和炉破坏贫，因途此要石研究蚁渗流叶逸出谦区的苍渗流救力和骨逸出咐坡降吸。自学利教材层上的保计算跑方法——以水克作为收脱离刃体基本样类型二.渗流最稳定歉分析虾（渗胳透变旁形）流土管涌3-田3渗流每力与巨渗流物稳定锻分析土工门建筑返物及耐地基赞由于麦渗流评作用归而出前现的醒变形解或破肿坏形成令条件防治易措施粘性土k1<<k2砂性土k2坝体1.基本伟类型流土在向绘上的嫁渗透荡作用砌下，掠表层抄局部货土体深颗粒过同时保发生遥悬浮雷移动腔的现胀象渗流原因轰：二.渗流腔稳定线分析诵（渗糟透变旦形）管涌原因架：内因——有足窝够多立的粗台颗粒便形成偶大于漠细粒局直径漫的孔疾隙外因——渗流朗力足荡够大在渗呆流作冻用下舍，一辽定级机配的略无粘生性土箭中的霞细小述颗粒袜，通光过较井大颗致粒所锤形成休的孔嫌隙发慎生移恰动，识最终盼在土怜中形乱成与蚂地表沙贯通侵的管明道。管涌管涌破坏二.渗流晴稳定裙分析抄（渗储透变这形）流土卫与管璃涌的狗比较流土土体咳局部呀范围轰的颗沟粒同匹时发逼生移丹动管涌只发教生在翠水流样渗出艰的表访层只要易渗透娃力足备够大晓，可遇发生拆在任愿何土引中破坏惭过程拆短导致厦下游议坡面犹产生宅局部谜滑动籍等现象位置土类历时后果土体碰内细就颗粒要通过膨粗粒亩形成挎的孔仔隙通炊道移恭动可发片生于劝土体牲内部蛾和渗牛流溢察出处一般正发生米在特伞定级令配的包无粘排性土曲或分慰散性姿粘土破坏岸过程视相对滑较长导致斤结构蕉发生裁塌陷裳或溃赵口二.渗流烧稳定讽分析验（渗段透变笔形）2.形成佛条件Fs:安全磨系数2.构0～2.打5[饥i木]束:允许贼坡降i累<icr:i=icr:i辨>icr:土体灯处于扎稳定医状态土体虫发生炕流土姓破坏土体扬处于控临界穷状态流土经验乓判断拥：二.渗流驶稳定惠分析发（渗阅透变决形）无粘稠性土亩发评生管竿涌的枪判别修标准真为（沈内因——颗粒砌几何芹条件拼）：d20——小于湿该粒刊径的顺土质鼓量占贝总质畅量的20府%发生陵管涌草的水炉力条屋件——外因试验惯测定店方法著：改变巾试样调底部间的水抄头高受度。现象:试样予中细蹦小土戴粒移步动。b图中源：从C点开怖始，禁水力厌梯度葬稍有超增加瓜，渗搭流速刊度就败会急怪剧加某大，乐说明输试样立中发亮生了荣管涌僵。水力坡降级配连续土级配不连续土破坏坡降icr0.2—0.40.1—0.3允许坡降[i]0.15—0.250.1—0.23.防治奴措施增大[i同]：下游气增加郑透水廊盖重防治碌流土土石坝防渗斜墙及铺盖浸润线透水层不透水层减小i：上游泄延长伤渗径银；下游翻减小垮水压防治篮管涌改善码几何贵条件追：设反你滤层秀等，反滤帜层为漫级配凭较均友匀的雨砂子损和砾软石层现，能悄保护厌细颗岗粒不溜被带磨走，缩慧同时萍也具貌有较可大的凑透水锈性改善具水力溪条件英：减小膛渗透表坡降二.渗流游稳定零分析丘（渗律透变洋形）3-盟4二维渗流范与流徒网La抱pl幻玉ac宅e方程一.平面勾渗流焰的基沫本方帆程及芦求解连续偏性条犯件假定：ΔhΔh恒定稳定取渗流h=h(头x,粘z),荐v烤=v(铲x,毯z)取单封宽：dy=1与时庙间无何关达西顺定律平面浑渗流岩的基汁本方棍程1.基本撕方程一.平面拒渗流药的基俗本方围程及调求解①与kx,kz无关②满秆足它划的是冰两个贴共轭搂调合爪函数——势函悟数和秤流函翠数连续刃性条干件达西债定律假定La紫pl冰ac小e方程特点描述追渗流药场内易部的祝测管善水头孔的分伍布，唯是平臂面稳甚定渗裤流的祖基本北方程达式1.基本来方程一.平面编渗流轻的基赖本方遵程及群求解2.求解销方法确定辨渗流翼场内旦各点愉的测朱管水砍头h的分馆布基本欠方程边界斩条件定解拐条件一.平面毅渗流故的基钢本方期程及壮求解2.求解住方法（1）解滔析方榆法（3）试定验比冻拟方霜法（电农比拟桥方法扩）（2）数干值方爷法（4）图才解法流网——近似梳求解榴方法适用城于边汁界条弱件简占单的索情况通解之：两参个共贤轭调才和函呈数势函狂数Φ(x,丘z)流函销数Ψ(x,母z)等势恒线流线相互拴正交边界进条件特定印解差分武法、泛有限寨元方葡法，和精度浸高，秘应用木愈来直愈广堡泛利用塘渗流巡寿场和节电场筋均服抗从La甘pl冈ac退e方程佩这一进特点挎，按饮一定搅比例手制作刘模型感，用星电场积中的踪蝶等势酿线和弓流线还来模泼拟渗第流场厦中的吧等势冈线和鄙流线饺，以撇达到派确定奏渗流削场中分