土中水的运动规律PPT

土中水的运动规律（优选）土中水的运动规律使建筑物的防潮要求更高.各点的水力梯度求出后，由达西定律可求出渗透速度的大小，第i网格的渗透速度为四、影响渗透系数的因数水在土中的渗流量与过水断面和水头成正比，与渗流路径成正反比。水温愈高，水的动力粘滞系数愈小，土的渗透系数则愈大。②每个网格的长宽比为常数，即li/bi=C，当C=1.3土的毛细现象对工程的影响毛细水的上升是由于液体的“表面张力”和毛细管的“湿润现象”产生的。dV=kiAdt=kAh/Ldt适用于透水性差，渗透系数小的粘性土渗透力的存在，将使土体内部受力发生变化，这种变化对土体稳定性有显著的影响对Cu>10的砂和砾石、卵石，分两种情况:土是具有连续孔隙的介质，水在重力作用下可以穿过土的孔隙而发生流动。封闭气体含量愈多，土的渗透性愈小。2渗透系数及其确定方法【例】设做变水头渗透试验的粘土试样的截面积为30cm2，厚度为4cm，渗透仪细玻璃管的内径为0.T、20分别为T℃和20℃时水的动力粘滞系数，可查表§2.1土中毛细水及其对工程的影响

土是具有连续孔隙的介质，水在重力作用下可以穿过土的孔隙而发生流动。下面讨论毛细作用和土中水的渗流问题。2.1.1土层中的毛细水分布土层中的毛细水所浸润的范围称为毛细水带，毛细水带分成3种。

1.正常毛细水带。位于毛细带下部。2.毛细网状水带。位于毛细带中部。3.毛细悬挂水带。位于毛细带上部。地下水位毛细上升高度(hc)毛细带2.1.2毛细水上升原理毛细水的上升是由于液体的“表面张力”和毛细管的“湿润现象”产生的。2.1.3土的毛细现象对工程的影响

1.引起建筑物地基冻害.2.使建筑物的防潮要求更高.3.浸蚀混凝土及钢筋.4.使土层沼泽化.

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H隧道开挖时，地下水向隧道内流动在水位差作用下，水透过土体孔隙的现象称为渗透

§2.2土的渗透性2.2.1土的层流渗透定律一、达西定律1856年法国学者Darcy对砂土的渗透性进行研究结论：水在土中的渗流量与过水断面和水头成正比，与渗流路径成正反比。速度与试样的水力梯度成正比v=Q/A=ki达西定律水力梯度，即沿渗流方向单位距离的水头损失

Q=（kAh）/L二、达西定律适用范围与起始水力坡降达西定律讨论：砂土的渗透速度与水力梯度呈线性关系密实的粘土，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ib起始水力坡降虚直线简化达西定律适用于层流，不适用于紊流v=kiivO砂土0iv密实粘土2.2.2渗透系数及其确定方法一、实验室测定法时间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（k>10-3cm/s）的土，例如砂土。hAtQLk=2.变水头试验————整个试验过程水头随时间变化截面面积a任一时刻t的水头差为h，经时段dt后，细玻璃管中水位降落dh，在时段dt内流经试样的水量dV=－adh

在时段dt内流经试样的水量

dV=kiAdt=kAh/Ldt

管内减少水量＝流经试样水量

－adh=kAh/Ldt

分离变量积分

适用于透水性差，渗透系数小的粘性土二、现场测定法现场测定法渗透系数的方法有野外注水试验和野外抽水试验1.抽水试验井点布置根据实验地的水文地质特征,在典型地点布置一抽水井及若干个观测井,组成实验网.2.渗透系数计算三、经验估算法1.哈森有效粒径公式:2.太沙基公式:22102edK×=210dK=四、影响渗透系数的因数1.土粒大小与级配

细粒含量愈多，土的渗透性愈小，例如砂土中粉粒及粘粒含量愈多时，砂土的渗透系数就会大大减小。2.土的密实度

3.水的动力粘滞系数

同种土在不同的密实状态下具有不同的渗透系数，土的密实度增大，孔隙比降低，土的渗透性也减小。动力粘滞系数随水温发生明显的变化。水温愈高，水的动力粘滞系数愈小，土的渗透系数则愈大。4.土中封闭气体含量

土中封闭气体阻塞渗流通道，使土的渗透系数降低。封闭气体含量愈多，土的渗透性愈小。

T、

20分别为T℃和20℃时水的动力粘滞系数，可查表四、例题分析【例】

设做变水头渗透试验的粘土试样的截面积为30cm2，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分钟后，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

【解答】已知试样截面积A=30cm，渗径长度L=4cm，细玻璃管的内截面积h1=160cm，h2=52cm，△t=900s

试样在30℃时的渗透系数

§2.3动水压力和流沙现象2.3.1动水力的计算公式1.渗透力——渗透水流施加于单位土粒上的拖曳力h2h1h21L沿水流方向放置两个测压管，测压管水面高差h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土样面积根据牛顿第三定律，试样的总渗流力J和土粒对水流的阻力F大小相等，方向相反作用于单位土体的动水压力说明：渗透力j是渗流对单位土体的作用力，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

渗透力的存在，将使土体内部受力发生变化，这种变化对土体稳定性有显著的影响abc渗透力方向与重力一致，促使土体压密、强度提高，有利于土体稳定渗流方向近乎水平，使土粒产生向下游移动的趋势，对稳定不利渗流力与重力方向相反，当渗透力大于土体的有效重度，土粒将被水流冲出wDiTGg==2.3.2流砂、管涌和临界水利梯度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—————渗透变形问题（流砂和管涌）1.流砂——在渗流作用下，局部土体表面隆起，或某一范围内土粒群同时发生移动的现象流土发生于地基或土坝下游渗流出逸处，不发生于土体内部。开挖基坑或渠道时常遇到的流砂现象，属于流土破坏。2.管涌——在渗流作用下，无粘性土中的细小颗粒通过较大颗粒的孔隙，发生移动并被带出的现象土体在渗透水流作用下，细小颗粒被带出，孔隙逐渐增大，形成能穿越地基的细管状渗流通道，掏空地基或坝体，使其变形或失稳。管涌既可以发生在土体内部，也可以发生在渗流出口处，发展一般有个时间过程，是一种渐进性的破坏3.流土与管涌的判别——渗透变形的形式与土的类别、颗粒级配以及水力条件等因素有关粘性土由于粒间具有粘聚力，粘结较紧，一般不出现管涌而只发生流土破坏；一般认为不均匀系数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:1.当孔隙中细粒含量较少（小于30%）时，由于阻力较小，只要较小的水力坡降，就易发生管涌2.如孔隙中细粒含量较多，以至塞满全部孔隙（此时细料含量约为30%－35%），此时的阻力最大，一般不出现管涌而会发生流土现象４.临界水力坡度———使土体开始发生渗透变形的水力坡度GJ当土颗粒的重力与渗透力相等时，土颗粒不受任何力作用，好像处于悬浮状态，这时的水力坡降即为临界水力坡降或在工程计算中，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]。设计时，为保证建筑物的安全，将渗流逸出处的水力坡降控制在允许坡降[i]内

２．４流网及其应用

对单维渗流，只要知道土体两端的水头或水头差及渗透系数，则土体内的水力梯度、渗流速度及渗透力就可由达西定律求出。但实际工程中的渗流问题，如土坡、坝基、闸基等，经常是边界条件比较复杂的二维渗流，有时是三维渗流问题。下面对二维渗流问题进行讨论。2.４.１二维渗流的基本微分方程如果取坝基中任一点A作为微元体，由于坝体的长度很长，所以其渗流是二维的，即渗流属于平面问题。对于平面渗流问题。可用下面的拉普拉斯微分方程求解：

2.４.２流网及其性质

可用解析法、数值法等，求解拉普拉斯方程，并将其结果可绘成流网。流网——由流线等势线组成的网格。流网的性质：①流线与等势线互相正交；②每个网格的长宽比为常数，即li/bi=C，当C=1.0时，网格为曲线正方形；③任意两相邻流线间的渗流量相等；④任意两相邻等势线间的水头损失相等。2.４.３流网的绘制③任意两相邻流线间的渗流量相等；四、影响渗透系数的因数如孔隙中细粒含量较多，以至塞满全部孔隙（此时细料含量约为30%－35%），此时的阻力最大，一般不出现管涌而会发生流土现象土层中的毛细水所浸润的范围称为毛细水带，毛细水带分成3种。渗流力与重力方向相反，当渗透力大于土体的有效重度，土粒将被水流冲出可用下面的拉普拉斯微分方程求解：毛细水的上升是由于液体的“表面张力”和毛细管的“湿润现象”产生的。渗透力——渗透水流施加于单位土粒上的拖曳力渗透力的存在，将使土体内部受力发生变化，这种变化对土体稳定性有显著的影响T、20分别为T℃和20℃时水的动力粘滞系数，可查表在时段dt内流经试样的水量（优选）土中水的运动规律对Cu>10的砂和砾石、卵石，分两种情况:对Cu>10的砂和砾石、卵石，分两种情况:开挖基坑或渠道时常遇到的流砂现象，属于流土破坏。渗透力——渗透水流施加于单位土粒上的拖曳力流网——由流线等势线组成的网格。【例】设做变水头渗透试验的粘土试样的截面积为30cm2，厚度为4cm，渗透仪细玻璃管的内径为0.

2.４.４流网的应用

按流网绘制的要求绘出流网图，然后即可求出流网中各点的水力梯度、渗透速度、渗流量。

1．水力梯度计