土的渗透性（地基与基础工程）

1任务一．达西定律

√任务二．渗透系数的测定任务三．影响土的渗透性因素任务四．渗透力与渗透变形破坏任务五．渗透变形的防治措施项目三、土的渗透性21.1渗流模型一达西定律地下水按流线形态划分的流动状态有层流和紊流两种状态。若水流流动过程中每一水质点都沿一固定的途径流动，其流线互不相交，称层流。水流流动时，水质点的流动途径是不规则的，其流线在流动过程中相交再相交，并在流动过程中产生漩涡，则称其为紊流。一般认为，绝大多数场合下土中水的流动呈现层流状态。31.1渗流模型一达西定律一是不考虑路径的迂回曲折，只考虑它的主要流向；

二是不考虑土体中颗粒的影响，认为孔隙和土粒所占的空间之总和均为渗流所充满，称为渗流模型，

认为:

①在同一过水断面，渗流模型的流量等于真实渗流的流量；

②在任一界面上，渗流模型的压力与真实渗流的压力相等；

③在相同体积内，渗流模型所受到的阻力与真实渗流所受到的阻力相等。41.1渗流模型一达西定律图2-1水在土孔隙中的运动轨迹图2-2

理想化的渗流模型51.2达西定律一达西定律

图2-3达西渗透试验61.2达西定律一达西定律1856年法国学者达西(H.Darcy)根据均质砂实验提出，在层流状态下，土中水的渗透速度与水位差成正比，与渗流长度成反比。引入比例系数则有

k为土的渗透系数（cm／s）；若令，并定义i为水力坡降（水力梯度）。，则达西定律可表示为：

若以渗透流量表示时则有

土的渗透速度是指在一定的水力坡降下，单位时间内透过垂直于渗流方向的单位横截面面积土体的渗流量。达西定律渗透定律在层流状态的渗流中，渗透速度v与水力坡降i的一次方成正比，并与土的性质有关。注意：AAvv：假想渗流速度，土体试样全断面的平均渗流速度vs：实际平均渗流速度，孔隙断面的平均渗流速度A>AvQ＝vA

＝vsAvk:

反映土的透水性能的比例系数，称为渗透系数物理意义：水力坡降i＝1时的渗流速度单位：mm/s,cm/s,m/s,m/day8

适用条件：层流（线性流）二.达西定律适用范围岩土工程中的绝大多数渗流问题，包括砂土或一般粘土，均属层流范围在粗粒土孔隙中，水流形态可能会随流速增大呈紊流状态，渗流不再服从达西定律。可用雷诺数Re进行判断：Re＜5时层流

Re

＞200时紊流

200＞

Re＞5时为过渡区

9（1）粗粒土：①砾石类土中的渗流常不符合达西定律②砂土中渗透速度vcr=0.3-0.5cm/sivovcrivoi0

两种特例：（2）粘性土：致密的粘土i>i0,v=k(i-i0)10任务一．达西定律任务二．渗透系数的测定任务三．影响土的渗透性因素任务四．渗透力与渗透变形破坏任务五．渗透变形的防治措施√项目三、土的渗透性11流土与管涌流土土体局部范围的颗粒同时发生移动管涌只发生在水流渗出的表层只要渗透力足够大，可发生在任何土中破坏过程短导致下游坡面产生局部滑动等现象位置土类历时后果土体内细颗粒通过粗粒形成的孔隙通道移动可发生于土体内部和渗流溢出处一般发生在特定级配的无粘性土或分散性粘土破坏过程相对较长导致结构发生塌陷或溃口12粘性土k1<<k2砂性土k2坝体流土在向上的渗透作用下，表层局部土体颗粒同时发生悬浮移动的现象渗流原因：13Fs:

安全系数1.5～2.0[i]:

允许坡降i<icr:i=

icr:i>icr:土体处于稳定状态土体发生流土破坏土体处于临界状态流土防治经验判断：无压重时：14基坑开挖防渗措施

开挖基坑时，当渗透水力坡降大于临界水力坡降icr时，坑底泥砂翻涌，出现流砂现象，不仅给施工带来很大的困难，甚至影响邻近建筑物的安全，所以在开挖基坑时要防止流砂的发生措施：（1）井点降水法。

（2）集水井降水

（3）设置板桩，可增长渗透路径，减少水力坡降。

（4）采用水下挖掘,减少水头差，降低水力梯度，也可避免发生渗透变形破坏。

15管涌原因：内因——有足够多的粗颗粒形成大于细粒径的孔隙通道外因——渗透力足够大

在渗流作用下，一定级配的无粘性土中的细小颗粒，通过较大颗粒所形成的孔隙发生移动，最终在土中形成与地表贯通的管道。管涌管涌破坏16较均匀土（Cu≤10）管涌几何条件水力条件一般发生在无粘性土中级配孔隙及细粒判定非管涌土粗粒形成的孔隙通道小于细粒径不均匀土（Cu>10）不连续连续D0=0.25d20细粒含量>35%细粒含量<25%细粒含量=25-35%D0

<d3D0

>d5D0=d3-d5管涌土过渡型土非管涌土非管涌土管涌土过渡型土几何条件P(%)lgd骨架充填料P53d5d317反滤倒渗管涌的治理管涌的治理反滤围井蓄水反压管涌的治理20增大[i]：下游增加透水盖重

防治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：上游延长渗径；下游减小水压防治管涌改善几何条件：设反滤层等改善水力条件：减小渗透坡降21任务一．达西定律任务二．渗透系数的测定任务三．影响土的渗透性因素任务四．渗透力与渗透变形破坏任务五．渗透变形的防治措施√项目三、土的渗透性22渗透力与渗透变形一.渗透力1、试验观察渗透变形渗透力二.渗透变形（渗透破坏）形式2、物理本质3、计算方法23一.

渗透力1、试验观察Δh=0静水中，土骨架会受到浮力作用。Δh>0

水在流动时，水流受到来自土骨架的阻力，同时流动的孔隙水对土骨架产生一个摩擦、拖曳力。渗透力j

——渗透作用中，孔隙水对土骨架的作用力，方向与渗流方向一致。h1Δhh200hwL土样滤网贮水器ab24h1Δhh200hwL土样滤网贮水器ab土粒渗流j渗透力与浮力有何区别？2、物理本质25h200hwL土样滤网贮水器abP2WP1R静水中的土体A=1W=Lγsat＝L(γ

+

γw)P1

=γwhwP2

=γwh2R=?R+P2=W+P1R+γwh2=L(γ

+γw)+γwhw

R=γ

L土水整体分析3、计算方法26h1Δhh200hwL土样滤网贮水器abP2WP1R静水中的土体A=1W=Lγsat＝L(γ

+

γw)P1

=γwhwP2

=γwh1R=?R+P2=W+P1R+γwh1=L(γ

+γw)+γwhw

R=γ

L－γwΔhR=γ

L渗流中的土体土水整体分析3、计算方法27h1Δhh200hwL土样滤网贮水器abP2WP1R静水中的土体A=1R=γ

L－γwΔhR=γ

L渗流中的土体向上渗流存在时，滤网支持力减少减少的部分由谁承担？水与土之间的作用力－渗流的拖曳力总渗透力J=γwΔh渗透力j=J/V=γwΔh/L=γwij=γwi土水整体分析3、计算方法28渗透力的性质物理意义：单位土体内土骨架所受到的渗透水流的拖曳力，它是体积力j=γwi大小：方向：与i方向一致（均质土与渗流方向一致）作用对象：土骨架29基本类型二.渗透变形（渗透破坏）形式流土管涌土工建筑物及地基由于渗流作用而出现的变形或破坏形成条件防治措施30水流在发生渗透时，由于渗透力的方向与渗流方向一致，因此它对土体稳定性有着很大的影响。

（a）向下渗流时；（b）向上渗流时图2-9不同渗流方向对土的影响31粘性土k1<<k2砂性土k2坝体1.基本类型二.渗透变形（渗透破坏）流土在向上的渗透作用下，表层局部土体颗粒同时发生悬浮移动的现象渗流原因：3233流土：在渗流作用下，局部土体表面隆起、顶穿或粗细颗粒同时浮动而流失的现象。流土发生时，局部土体隆起、浮动，颗粒群同时发生移动而流失。流土一般发生在无保护的渗流出口处，而不发生在土体内部。开挖基坑或渠道时出现的所谓“流砂”现象，就是流土的常见形式。34管涌原因：内因——有足够多的粗颗粒形成大于细粒径的孔隙通道外因——渗透力足够大

在渗流作用下，一定级配的无粘性土中的细小颗粒，通过较大颗粒所形成的孔隙发生移动，最终在土中形成与地表贯通的管道。管涌管涌破坏二.渗透变形（渗透破坏）352.流土与管涌的比较流土土体局部范围的颗粒同时发生移动管涌只发生在水流渗出的表层只要渗透力足够大，可发生在任何土中破坏过程短导致下游坡面产生局部滑动等现象位置土类历时后果土体内细颗粒通过粗粒形成的孔隙通道移动可发生于土体内部和渗流溢出处一般发生在特定级配的无粘性土或分散性粘土破坏过程相对较长导致结构发生塌陷或溃口二.渗透变形36任务一．达西定律任务二．渗透系数的测定任务三．影响土的渗透性因素任务四．渗透力与渗透变形破坏任务五．渗透变形的防治措施√√项目三、土的渗透性达西定律渗透定律在层流状态的渗流中，渗透速度v与水力坡降i的一次方成正比，并与土的性质有关。k:反映土的透水性能的比例系数，称为渗透系数物理意义：水力坡降i＝1时的渗流速度单位：mm/s,cm/s,m/s,m/day1.渗透系数K的选用渗透系数大小与土壤及水的性质有关，一般通过试验来测定。在无实测资料时，可参考经验值选用。下表给出

各种土渗透系数的参考值土的名称渗透系数（cm/s）（m/d）卵石砾石粗砂中砂细砂粉砂粉土粉质黏土黏土1×10-1～6×10-16×10-1～1×10-12×10-1～6×10-16×10-1～2×10-21×10-1～6×10-36×10-1～1×10-31×10-1～6×10-46×10-1～1×10-4<6×10-6100～50050～10020～505～201.0～50.5～1.00.1～0.50.005～0.1<0.0052.渗透系数的测定室内试验测定方法野外试验测定方法常水头渗透试验法变水头渗透试验法井孔抽水试验井孔注水试验40

室内试验方法1—常水头试验法结果整理试验装置：如图试验条件:

Δh，A，L=const量测变量:

V，ti=Δh/LV=Qt=vAtv=ki适用土类：透水性较大的砂性土

hL土样AVQ透水性较小的粘性土?41

室内试验方法2—变水头试验法试验装置：如图试验条件:

Δh变化，A，L=const量测变量:

Δh

，t土样At=t1

h1t=t2

h2LQ水头测管开关a

野外测定方法－抽水试验和注水试验法优点：可获得现场较为可靠的平均渗透系数地下水位≈