《土的渗透性和渗流》PPT课件

由达西 q定 (2r律 h )kdh
dr
抽水量Q r1
观察井
R r2
r2
有q
dr
h2
2k
hdh
r r1
h1
井 Qk dh(2rh) dr
地下水位≈测压管水面
dr dh
h1 h
h2
qloegrr12 k(h22h12)
不透水层
现场抽水试验
所以 k(h222.3qh12)lo1g0rr12
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2.3 渗透系数
n
kxixH kxiixiHi i1
n
k xi H i
kx
i 1
H
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2.4 流沙、管涌
一、渗透力
测压管
压力水头h2
渗透力 j：渗流水对土骨架的作用 力 分析水柱受力
1.A、B两端的静水力：
h1 w a h2 w a
2.水柱自重： w L a
3.土骨架对渗流水的总阻力：TLa
总水头H1 压力水头h1
H
k i1 zi
n Hi
k i 1 zi
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2.3 渗透系数
解：
2、求水平透水时总水平透水系数kx
因为各层的水力坡度相等
H1 H Hi
h
Kx1
qx1
Kxi
qxi
设单位厚度的水平流量为qx，则
n
qx
q xi
i 1
由达西定律
Hn
Kxn
qxn
因为
(b)
ix ixi
qx kxixH1 qxikxiixiHi 1 所以
qQvAkiA khA
t
l
所以 k(Q)/(A)iQ/l(Ah)t t

常水头试验法
变水头试验法 井孔抽水试验 井孔注水试验
渗透系数的室内测定 渗透系数的现场测定
(1) 常水头渗透试验
是指在整个试验过程中保持土样 两端水头不变的渗流实验。
Q vAt kAth / L
QL kT At h
h
A
土样
L Q V
对于黏性土，由于其渗透系数较小故渗水量较小， 用常水头渗透试验不易准确测定。因此，对于 渗透系数小的土可用变水头试验。
w
B
hB
L
zB
水头梯度（坡降） hydraulic gradient
i
hA hB h L L
水流损失与渗流路径长 度之比
二、地下水的运动方式和判别
地下水是指地下水位以下的重力水
按地下水的流线形态分类 1、层流 2、湍流 按水流特征随时间的变化状况分类 1、稳定流运动 2、非稳定流运动 按水流在空间上的分布状况分类 1、一维流动 2、二维流动 3、三维流动
（紊流）
地下水的渗流速度与 水力梯度成非线性关系
两种特例：
（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/s v
v vcr
o
v ki m (m 1)
i
（2）粘性土： 致密的粘土 i > i0 修正：v = k(i - i0 )
o i0
i
五、 渗透系数的测定及其影响因素
渗流问题 土的渗透性 及渗透规律


三、达西定律
四、达西定律的适用范围 五、渗透系数的测定及其影响
因素
1. 水在土中渗流会使土的强度发生变化，引起土体变形，甚至影响建筑地基的 稳定。 2. 在层流渗透情况下，砂土中水的渗流服从达西定律，即水的渗流速度与水力 梯度呈正比。 3. 渗透系数是土的基本力学性能指标之一，用来表征土体被水透过的性能，渗 透系数可通过室内试验或现场试验测定。

式中，kx、kz—分别为x和z方向的渗透系数； h—测管水头。
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将式（2－29）和（2－30）代入式（2－ 28）可得出：
2h 2h kx 2 kz 2 0 x z
(2 - 31)
8

对于各向同性的均质土，kx=kz，则式（2 －31）可表达为：
h h 2 0 2 x z
(2 - 49)
31

对于二元渗流，当流网绘出后，即可方 便地求出流网中任意网格上的渗透力及 其作用方向(图2－24) 。作用于该网格 土体上的单宽总渗透力为：
J jV ( wi) (sl 1)
h w sl w hs l

注意：J作用于流网网格的形心上，方向 与流线平行。 32
ua hua w
(2 - 34)

注意：图中所示a、b两点位于同一根等 势线上，其测管水头虽然相同（位置水 头与压力水头之和，h=z+u/w）即 ha=hb， 但其孔隙水压力却不同，即ua≠ub。
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3.水力坡降

h 流网中任意网格的平均水力坡降 i ， l
l为该网格处流线的平均长度。

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2．数值解法 有限差分法和有限单元法。 3．实验法 实验法是指采用一定比例的模型来摸拟 真实的渗流场，用实验手段测定渗流场 中的渗流要素。例如电比拟法、电网络 法和沙槽模型法等。
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4．图解法 图解法是指采用绘制流网的方法求解拉 普拉斯方程的近似解。 该法具有简便、迅速的优点，并能用于 建筑物边界轮廓较复杂的情况。
式中M为流网中的流槽数，数值上等于流 线数减1。 通过坝底的总渗流量
Q qL
式中L为坝基长度。

其中 k 是一个重要参数，称为土的渗透系数 。它 相当于水力坡降 i = 1时的渗透速度，故其量纲与 流速相同，mm/s或m/day。
3. 达西定律的讨论
(1) 渗透速度v并不是土孔隙中水的实际平均速度， 因为公式推导中采用的是试样的整个断面积 A ， 其中包含了土粒骨架所占的部分面积在内。真 实的过水面积AV小于A，因而实际平均流速vs 应大于v。一般称v为假想渗流速度。水流应当 连续：A·v = Av·vs = vs·nA，∴vs = v/n 。 其实vs也并非渗流的真实速度。对工程有直接 意义的还是宏观的流速（假想渗流速度）v。
i=1
i=1
n
n
1 n kx = ∑ki Hi H i=1
(2-10)*
2. 垂直渗流
∆h3 ∆h2 ∆h1 ∆h
∆h
k1 k2 k3 承 压 水 (a) 原型示意图
H1 H2 H3 H H
kz
(b) 等效图
图2-8 层状土的垂直渗流情况
其特点有： （1）通过各层土的流量与等效土层的流量均相 同，即： qz = q1z = q2z = q3z = ·····，v = v1 = v2 = v3 = ······ （2）流经等效土层的水头损失等于各土层的水 头损失之和，即： ∆h = ∆h1 + ∆h2 + ∆h3 + ····· = Σhi
(2-9)
2. k值的影响因素
(1) 土的性质对k值的影响有以下几个方面： ①粒径的大小及组配：纯粗砂土 k = 0.01 ~ 1 cm/s；细砂土k = 0.001 ~ 0.05 cm/s；粉土 k = 0.00001 ~ 0.0005 cm/s 。砂土颗粒大小及组配 对k的影响主要表现在土的有效粒径d10对k的 影响较大，有人建议用下式表示：k = cd102 ②孔隙比 孔隙比对k的影响较大。 一些学者建议，对砂土用k = f (e2)， f [e2/(1+e)]， f [e3 /(1+e)]表示