土中水的运动规律课件

土中水的运动规律土中运动的原因是多方面的：重力作用毛细作用土中附加应力作用温度梯度离子浓度梯度等。本章主要研究土中水的运动规律和对工程性质的影响。要点：土中水的渗流规律渗流计算土中水的运动规律的工程应用第一节概述（1）一、渗透性在水头差作用下，水透过土体孔隙的流动现象称为渗透，而土体允许水透过的性能则称为土的渗透性。二、研究土的渗透性的意义（1）土是具有连续孔隙的多孔介质，与其它所有材料的物理性质常数的变化范围相比，土的渗透性的变化范围要大得多。（2）土的三个主要力学性质指标：强度、变形和渗透性之间，有着密切的相互关系。有效应力原理将三者有机地联系在一起。（3）土木工程各个领域内许多课题都与土的渗透性有密切关系。第一节概述（2）三、地下水的存在形式地下水按其埋藏条件，可分为三种（图3-1）：上层滞水潜水承压水图3-1地下水类型第二节土的毛细性一、土的毛细性及其工程影响二、土层中的毛细水带三、毛细水上升高度和上升速度四、砂土中的毛细水压力一、土的毛细性及其工程影响1.土的毛细性土的毛细性是指土能够产生毛细现象的性质。土的毛细现象是指上中水在表面张力作用下，沿着细的孔隙向上及向其它方向移动的现象。2.毛细水细微孔隙中的水被称为毛细水。3.土的毛细现象对工程的影响：（1）毛细水的上升是引起路基冻害的因素之一；（2）对于房屋建筑，毛细水的上升会引起地下室过分潮湿；（3）毛细水的上升可能引起土的沼泽化和盐渍化。二、土层中的毛细水带根据毛细水带的形成条件和分布，分为三种（图3－1）：（1）正常毛细水带（2）毛细网状水带（3）毛细悬挂水带图3-2土中毛细水带示意（据高大章和袁聚云，2001）三、毛细水上升高度和上升速度（1）1.水在毛细管内上升的现象(图3-3）。2.理想毛细现象（1）水有保持表面积最小，即能量最小的特性；（2）水与毛细管之间存在分子吸引力而出现湿润现象，导致水面上升。3.毛细压力计算上举力：水柱重力：毛细水上升最大高度：图3-3毛细管中水柱上升示意及其力学关系（据高大章和袁聚云，2001）三、毛细水上升高度和上升速度（2）4.毛细压力经验估算Hazen经验公式：上升最大高度：：分别为与土粒形状及表面洁净度有关的系数（C＝1×10-5～5×10-5m2）、土的孔隙比、土的有效粒径（m)。四、砂土中的毛细压力第三节土的渗透性一、土的渗流模型及达西（Darcy）定律二、土的渗透系数及其测定三、影响土的渗透系数的因素四、动水力及渗流破坏一、土的渗流模型及达西（Darcy）定律（1）1.土的渗流模型要求（1）流量相等（2）压力相等（3）阻力相等2.层流

水流流线是互相平行的流动3.达西（Darcy）定律达西根据试验得出，砂土的渗透流速(v)与水头梯度（I）的关系：k为渗透系数；图3-4达西定律试验示意一、土的渗流模型及达西（Darcy）定律（2）3.达西（Darcy）定律（2）粘性土的渗透流速(v)与水头梯度（I）的关系：图3-5不同土渗流的达西定律示意的含义见图3-5(a)砂土(b)密实粘土(c)砾砂二、土的渗透系数及其测定（1）1.渗透系数的物理含义

k值的大小反映了土渗透性的强弱，k愈大，土的渗透性也愈大。土颗粒愈粗，k值也愈大。2.渗透系数的试验测定方法（1）室内试验（如常水头试验和变水头试验）（2）现场试验（抽水试验）3.成层土的渗透系数确定方法（1）渗流方向平行于层面（水平向渗流）（2）渗流方向垂直于层面（竖向渗流）二、土的渗透系数及其测定（2）（1）室内试验（图3-6）常水头试验变水头试验

（a）常水头试验（b）变水头试验图3-6室内渗透试验示意二、土的渗透系数及其测定（3）3.成层土的渗透系数确定方法（图3-7）（1）渗流方向平行于层面（水平向渗流）（2）渗流方向垂直于层面（竖向渗流）

（a）成层土水平向渗流（b）成层土竖向渗流图3-7成层土的渗透系数确定方法示意三、影响土的渗透系数的因素1.粒度成分与矿物成分2.结合水膜厚度3.土的结构4.水的粘度5.土中气体四、动水力及渗流破坏(1)1.动水力水流作用在单位体积土体中土颗粒上的水力GD（kN/m3），属于体积力。2.动水力的计算公式

3.临界水头梯度4.流砂、管涌四、动水力及渗流破坏(2)2.动水力的计算公式(1)计算条件取饱和隔离体a-b，截面积为F，长度为L,

水头高度分别为：H1=h1+z1、H2=h2+z2(2)平衡力分析作用在a面上的水力（）作用在a面上的水力（）土体内水的重力在水流方向上的分量（）土颗粒受到水的浮力的反作用力在水流方向上的分量（）水流动时土颗粒对水的阻力T的合力（），其中n为孔隙率。

利用水力平衡关系可以得到：动水力GD=T=（kN/m3），方向与水流方向一致。四、动水力及渗流破坏(3)3.临界水头梯度当动水力GD=时，土颗粒之间的压力为零。此时土颗粒处于悬浮状态而失稳，该现象称为流砂现象。这时的水头梯度称为临界水头梯度：四、动水力及渗流破坏(4)4.流砂、管涌当动水力GD=时，土颗粒之间的压力为零。此时土颗粒处于悬浮状态而失稳，该现象称为流砂现象。在对砂性土中，细小的颗粒在动水力的作用下，通过粗颗粒的孔隙被带走的现象称为管涌。管涌与土体的不均匀系数有关，其值越大，越容易发生。流砂现象发生在土体表面出水口，管涌则在表面及内部均可能出现。第四节土中水的运动规律的工程应用（1）一、基坑稳定性分析1.基坑底部隆起2.板状深度设计3.施工降水设计（a）单侧板桩墙（b）双侧板桩墙第四节土中水的运动规律的工程应用（2）三、冻融现象及工程危害（1）1.冻土现象冻土分为：季节性冻土、隔年冻土和多年冻土。冻土现象：与冻土的冻结与融化过程中有关的土体的物理化学性质或工程力学性质变化的现象称为冻土现象。冻胀现象：在某些土体在冻结时体积膨胀。渗流规律在路堤中的应用二、路堤渗流稳定性三、冻融现象及工程危害（2）2.工程危害（1）冻胀作用如道路、隧道、支挡结构（2）冻融

道路翻浆、基础沉降、结构损伤3.冻胀的机理与影响因素（1）（1）冻胀的原因关于冻胀的原因，大致可以分为：水的相变而体积增大和水分向冻结土体表层冻结