土的渗透性PPT演示课件

土的渗透性
1
一 概述
土是具有连续孔 隙的介质。当土 作为建筑物的地 基和直接用作建 筑材料时，水就 会在水位差的作 用下，从水位较 高的一侧透过土 的孔隙流向水位 较低的一侧。这 就是土中水的渗 流。
2
渗透的定义及土的渗透性
水透过土体孔隙的现象成为渗透 土具有被水透过的性能称为土的渗透性
vd / 1.0
15
Darcy渗透定律的适用条件
如果考虑水的密度ρ＝1.0（g/cm3）水温10℃时水 的粘滞系数η＝0.0131(g/sec·cm)，而一般的流速可 以考虑v＝0.25（cm/sec）可以算出满足达西定律 的土的平均粒径d
d Re/ v 0.52
• 对于比粗砂更细的土来说，达西渗透定律一般
是适用的，而对于粗粒土来讲，只有在水力坡降
很小的情况下才能适用。
16
影响土渗透性的因素
实验研究表明，影响土渗透性的因素颇多，其中主要有以下几种：
1． 土粒大小和级配
土粒大小、形状和颗粒级配会影响土中孔隙的大小及形状，因而影响 土的渗透性。土颗粒愈粗、愈浑圆、愈均匀时，土的渗透性也愈好。 砂土中含有较多的粉粒和粘粒时，其渗透系数明显降低。对粘性土以 外的其它土，土的矿物成分对其渗透性影响不大。粘性土中含有较多 的亲水性矿物时，其体积膨胀，渗透性变差。含有大量有机质的淤泥 几乎是不透水的。
4
土的渗透在工程中具有重要的意义。 在水利工程中，水的渗透会引起两方面的 问题：一是渗漏问题；二是渗透稳定性问 题。前者是研究因渗透引起的水量损失。 而后者则是研究受渗流影响时的土体稳定 性问题。在建筑工程中，深基坑开挖中的 边坡及地基的稳定性、降水设计和外力作 用下饱和土的固结等都和土的渗透问题有 关。本章将研究水在土中渗透的基本规律 及渗流理论在工程中的应用问题。
在粗粒土中（砾、卵 石等），只有在小的 水力梯度下，渗透速 度与水力梯度才呈非 线性关系，而在较大 的水力梯度下，水在 土中流动进入紊流状 态，渗透速度与水力 梯度呈非线性关系， 此时达西定律同样不 能适用
12
注意
按照达西定律是通过土 体截面来进行的 。
i 性土的起始水力梯度 b
10
流速与水力梯度的关系－粘土
粘性土不但存在起始水力梯度，而且当水力 梯度超过起始水力梯度后，渗透速度与水力 梯度的规律还偏离达西渗透定律而呈非线性 关系。为方便，用虚直线来描述密实粘土地 渗透速度与水力梯度的关系，用以下形式表 示。
v ki i0
11
流速与水力梯度的关系－砾土
2． 土的孔隙比
土体孔隙比的大小，直接决定着土渗透系数的大小。土的密度增大，
孔隙比减小时，渗透性也随之减小。一些学者的研究得出，土的渗透
系数与孔隙比的变化关系如下式：

c2 e3 w
式中：e—土的孔隙比；
S
2 s
1 e


η —水的动力粘滞系数，g-s/cm2；

w—水的密度，1g/cm3；
损失，无因次 h 试样两端的水位差，即水头损失 L 渗径长度 k 渗透系数（cm/s或m/s,m/d） A 试样截面积（cm2或者m2）
8
流速与水力梯度的关系－砂土
砂土的水力梯度 与渗透速度呈线 性关系，符合达 西渗透定律。
9
流速与水力梯度的关系－粘土
对于密实的粘土，由于 吸着水具有较大的粘滞 阻力，因此，只有当水 力梯度达到某一数值后， 克服了吸着水的粘滞阻 力以后，才能发生渗透。 我们将这一开始发生渗 透时的水力梯度成为粘
5
土的问题
土的问题是指由于水的渗透引起土体内部应力状态 的变化或土体、地基本身的结构、强度等状态的变 化，从而影响建筑物或地基的稳定性或产生有害变 形的影响，在坡面、挡土墙等结构物中常常会由于 水的渗透而造成内部应力状态的变化而失稳；土坝、 堤防、基坑等结构物会由于管涌逐渐改变地基土内 的结构而酿成破坏事故；非饱和的坡面会由于水分 的渗透而造成土的强度的降低而引起滑坡。由于渗 透而引起的代表性例子就是地下水开采造成的地面 下沉问题。
6
二 Darcy渗透定律
由于土中孔隙一般非常微小，水在土体中流动时的
粘滞阻力很大，流速缓慢
层流
水在土中的渗透速度和 试样两端水面间的水位 差成正比，而与渗径长 度成反比
v k h hi L
q vA kiA 7
Darcy渗透定律
v 渗透速度（cm/s或m/s） q 渗流量（cm3/s后m3/s） i 水力梯度，沿渗流方向单位距离的水头
水在土体中的渗透，一方面会造成水量的损 失，影响工程效益；另一方面将引起土体内 部的应力状态的变化，从而改变水工建筑物 或地基的稳定条件，严重时还会酿成破坏事 故。
土的渗透性的强弱，对土体的固结、强度以 及工程施工都有非常重要的影响
3
水的问题
水的问题指在工程中由于水本身引起的工程问题， 比如基坑、隧道等开挖工程中普遍存在地下水渗出 而出现需要排水的问题；相反在以蓄水为目的的土 坝中会由于渗透造成水量损失而出现需要挡水的问 题；另外还有一些像污水的渗透引起地下水污染， 地下水开采引起大面积地面沉降及沼泽枯竭等地下 水环境的问题。也就是说，说自身的量（涌水量， 渗水量）、质（水质）、赋存位置（地下水位）的 变化所引起的问题。
根据水的密度ρ，流速v，水的粘滞系数η，土粒粒 子平均粒径d，可以算出雷诺数Re
Re vd
14
Darcy渗透定律的适用条件
从层流转换为紊流时的Re数一般为0.1~7.5的 范围，而一般认为在土的孔隙内水流只要雷 诺数<1.0，达西定律就可以满足。因此达西 定律的适用界限可以考虑为
实际上 ，水在土体中的实际流速要比用达西 定律求出的流速要大得多。他们之间的关系 为
v vn v e
1 e
13
Darcy渗透定律的适用条件
太沙基通过大量试验证明从砂土到粘土达西渗透定 律在很大的范围内都能适用，其适用范围是由雷诺 系数来决定的，也就是说只有当渗流为层流的时候 才能适用。