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第四章土的渗透性与土中渗流

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第四章 土的渗透性与土中渗流

、单项选择题

1. 在常水头试验测定渗透系数 k中，饱和土样截面积为 A，长度为L,当水流经土样，当水头差△ h,

及渗出流量Q稳定后，量测经过时间 t内流经试样的水量 V,则土样的渗透系数 k为 ___________ 。

(A) V △ h /(ALt) (B) △ hV/(LAt) (C) VL/(A h At)

2. 下述关于渗透力的描述正确的为 _____________ 。

①其方向与渗流方向一致；②其数值与水力梯度成正比；③是一种体积力

(A)仅①②正确 (B)仅①③正确 (C)①②③都正确

3. 管涌形成的条件中，除具有一定的水力条件外，还与几何条件有关，下列叙述正确的是

Cu>10的土更容易发生管涌

Cu<10的土更容易发生管涌

1m，渗透系数分别为 k1=1m/d， k2=2m/d，

k3=10m/d，

(C) 1.87 m/d

(C)粉土

-2 -3 -4 、「亠

kA=1 x 10 cm/s，kB=3 x 10 cm/s，kc=5 x 10 cm/s，装

A 土后的水头降落值△ h为 ___________ 。

<]1 1亠

m

\ u

A B C

50cm 3 0cm I 10cm

* k-

(A) 5 cm (B) 10 cm (C) 20 cm

7. _____________________________________________________ 下列关于影响土体渗透系数的因素中描述正(A) 不均匀系数Cu<10的土比不均匀系数

(B) 不均匀系数Cu>10的土比不均匀系数

(C) 与不均匀系数Cu没有关系

4.不透水岩基上有水平分布的三层土，厚度均为

则等效土层水平渗透系数 kx为 _________ 。

(A) 12 m/d (B) 4.33 m/d

5.卜列土样中 更容易发生流砂。

(A) 粗砂或砾砂 (B) 细砂和粉砂

6•如图所示有ABC三种土，其渗透系数分别为,

在断面10cm x 10cm的方管中，问渗流经过

(A)仅①②对影响渗透系数有影响 (B) ④⑤对影响渗透系数无影响 2

确的是 ______________________________________________________

①粒径大小和级配；②结构与孔隙比；③饱和度；④矿物成分；⑤渗透水的性质 3

（C）①②③④⑤对渗透系数均有影响

8. 某基坑围护剖面如图，从图中可以得出 AB两点间的平均水力梯度为

9. _______________________________ 在防治渗透变形措施中， 是在控制水力梯度。

（A）上游做垂直防渗帷幕或设水平铺盖 （B）下游挖减压沟 （C）逸出部位铺设反滤层

10. 已知土样的饱和容重为 sat,长为L,水头差为h，则土样发生流砂的条件为：

(A) h>L( sat- w)/ w (B) h>L sat/ w

、问答题

1•什么是达西定律？写出其表达式并说明符号的含义。

2. 达西定律的基本假定是什么？试说明达西定律的应用条件和适用范围。

3•什么是渗透力？其大小和方向如何确定？

4. 渗透变形有哪几种形式？各有何特征？其产生机理和条件是什么？采用何种工程措施来防治渗透变

形？

5. 在进行渗透试验时，为什么要求土样充分饱和，如果未充分饱和，在试验中将会出现什么现象？测 出的渗透系数是偏大还是偏小？试分析造成这些结果的原因。

6•什么是流网？其主要特征有那些？主要用途是什么？

三、计算题

1.变水头渗透试验中，土样直径为 7.5cm，长1.5cm，量管（测压管）直径 1.0cm，初始水头ho=25cm，

经20min后，水头降至12.5cm，求渗透系数k。

2.砂土试验I = 7.6cm，在常水头渗透仪中进行试验，渗透仪直径

0.700升，测压管中的水位差 h=3.0 cm。求砂土的渗透系数。 (A) 1 (B) 0.4

土

样

(C) h< L sat/ w

d=6.2cm，经过20s后流出的水量为 II 4

3. 在两种不同的土上进行降水头渗透试验，数据见下表。求这两种土的渗透系数。如果这两种土为相

邻的土层，各厚2.0m，求平行和垂直于层面方向的平均渗透系数。

测管面积( cm2) 4 测管初始水头 100cm

土样面积( cm2) 300 测管最终水头 20cm

土样高度( cm) 5 经过时间 1 号土 2X 104s

2 号土 6X 10 s

4•试验装置如下图所示，已知土样长 I = 30cm, Gs= 2.72, e= 0.63,

(1) 若水头差丄h= 20cm, 土样单位体积上的渗透力多少 ？

(2) 判断土样是否发生流土？

(3) 求土样发生流土的水头差 ？

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土的渗透性和渗流问题

土的渗透性和渗流问题

第四章 土的渗透性和渗流问题

本章学习要点：

学习掌握土的渗透性（达西定律），掌握水头、测管水头、水力坡降的概念，熟悉渗透系数的测定方法，特别是层状地基的等效渗透系数的确定。学会应用二维渗流流网确定测管水头、孔隙水压力、水力坡降、渗透速度和渗透流量。渗透力和渗透变形是本章的学习重点，掌握渗透力的计算方法，并能正确确定渗透变形类型。

第一节 概述

土是由固体相的颗粒、孔隙中的液体和气体三相组成的，而土中的孔隙具有连续的性质，当土作为水土建筑物的地基或直接把它用作水土建筑物的材料时，水就会在水头差作用下从水位较高的一侧透过土体的孔隙流向水位较低的一侧。

渗透：在水头差作用下，水透过土体孔隙的现象

渗透性：土允许水透过的性能称为土的渗透性。

水在土体中渗透，一方面会造成水量损失，影响工程效益；另一方面将引起土体内部应力状态的变化，从而改变水土建筑物或地基的稳定条件，甚者还会酿成破坏事故。

此外，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。

本章将主要讨论水在土体中的渗透性及渗透规律，以及渗透力渗透变形等问题。

第二节 土的渗透性

一、土的渗透规律——达西定律

(一)渗流中的总水头与水力坡降

液体流动的连续性原理：（方程式）

dwvdwvww2211

2211vwvw

1221wwvv

表明：通过稳定总流任意过水断面的流量是相等的；或者说是稳定总流的过水断面的

平均流速与过水断面的面积成反比。

前提：流体是连续介质

流体是不可压缩的；

流体是稳定流，且流体不能通过流面流进或流出该元流。

理想重力的能量方程式（伯努利方程式1738年瑞士数学家应用动能定理推导出来的。）

cgvrpZ22

饱和土体空隙中的渗透水流，也遵从伯努利方程，并用水头的概念来研究水体流动中

的位能和动能。

水头：实际上就是单位重量水体所具有的能量。

按照伯努利方程，液流中一点的总水头h，可以用位置水头Z，压力水头U/rw和流速水 头V2/2g之和表示，即

第3章 土的渗透性及渗流

第3章 土的渗透性及渗流

第3章 土的渗透性及渗流

一、 简答题

1. 试解释起始水力梯度产生的原因。

2. 简述影响土的渗透性的因素主要有哪些。

3. 为什么室内渗透试验与现场测试得出的渗透系数有较大差别？

4. 拉普拉斯方程适应于什么条件的渗流场？

5. 为什么流线与等势线总是正交的？

6. 流砂与管涌现象有什么区别和联系？

7. 渗透力都会引起哪些破坏？

二、 填空题

1.土体具有被液体透过的性质称为土的 。

2.影响渗透系数的主要因素有： 、 、 、 、 、

。

3.一般来讲，室内渗透试验有两种，即 和 。

4.渗流破坏主要有 和 两种基本形式。

5.达西定律只适用于 的情况，而反映土的透水性的比例系数，称之为土的 。

三、 选择题

1.反应土透水性质的指标是（ ）。

A.不均匀系数 B.相对密实度

C.压缩系数 D.渗透系数

2.下列有关流土与管涌的概念，正确的说法是（ ）。

A．发生流土时，水流向上渗流；发生管涌时，水流向下渗流

B.流土多发生在黏性土中，而管涌多发生在无黏性土中

C.流土属突发性破坏，管涌属渐进式破坏

D.流土属渗流破坏，管涌不属渗流破坏

3.土透水性的强弱可用土的哪一项指标来反映？（ ）

A.压缩系数 B.固结系数

C.压缩模量 D.渗透系数

4.发生在地基中的下列现象，哪一种不属于渗透变形？（ ）

A.坑底隆起 B.流土 C.砂沸 D.流砂

5.下属关于渗流力的描述不正确的是（ ）。

土的渗透性与渗流

土的渗透性与渗流

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1 三 土的渗透性与渗流

一、填空题

1. 土中孔隙水的流动总能量可以用总水头来表示，这个总水头由______水头、_______水头和________水头三项组成。由于土中渗流速度一般较小，所以其中的________水头可以忽略不计，另外的两项水头之和成为_______水头。

2. 当土体两点之间存在________，并具有_______时，就会有渗流发生，渗流速度与_______成正比。

3. 在渗透性很低的粘土中，只有当水力坡降________起始水力坡降时，流速与水力坡降才接近线性关系。

4. 渗透系数k是综合表征土体________强弱的一个指标，它反映水渗过土体的难易，量纲与渗流速度_______，其物理意义是单位水力坡降时的渗流速度。k值越大，渗透性越_______。

5. 影响土的渗透系数最主要的因素是_________和__________。

6. 从试验原理来看，渗透系数的室内测定方法可以分为_________法和__________法。

7. 实际地基土的渗透系数在各个方向一般是不同的，通常水平向的比垂直向的______。

8. 土的强度和变形主要由_________应力决定。

9. 渗透力是________对_________的压力，它是一种________力。渗透力的大小与_______成正比，作用方向与_________一致。

10. 土体渗透破坏的主要形式有_________和_________。

1.位置水头、压力水头、流速水头；流速，测压管。2. 水头差，渗透路径，水力坡降。3. 超过。4. 渗透性，相同，强。5. 土的颗粒性质，孔隙比。6. 常水头，变水头。7. 大。8. 有效。9. 渗透水流，土颗粒，体积，水力坡降，渗流方向。10. 流土，管涌。

二、选择题

1. 达西定律中所用到的流速是土中水渗流的哪个流速？

（A）实际流速 （B）渗透流速 （C）出逸流速 （D）最大流速

第4章 土的渗透性与土中渗流

第4章 土的渗透性与土中渗流

第4章 土的渗透性与土中渗流

4.1概述

我们在现场挖土时常常看到，只要土坑低于地下水位，水要源源不断渗出，给施工带来不便，为此常要抽水机抽水来保证施工，水能从土体中渗出原因在于，土是具有连续孔隙的介质，水能在水头差作用下，从水位较高的一侧透过土体的孔隙流向水位较低的一侧。

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。

研究土的渗透性，是土力学中极其重要的课题，这是由于：

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。实际上，干净砾石的渗透系数k值可达30cm/s，纯粘土的k值可以小于10-9cm/s，相差可达1010倍以上。其他物理性质参数变化没有这么大。

②．土的三个主要力学性质即强度、变形和渗透性之间，有着密切的相互关系。在土力学理论中，用有效应力原理将三者有机地联系在一起，形成一个理论体系。因此渗透性的研究已不限于渗流问题自身的范畴。例如，控制土在荷重下变形的时间过程的渗透固结阶段，其变形速率就取决于土的渗透性；用有效应力原理研究土的强度和稳定性时，土的孔隙压力消散和有效应力的增长控制着土体强度随时间而增长的过程，而孔隙压力消散速度又主要取决于土的渗透性、压缩性和排水条件。在无粘性土的动力稳定性和振动液化的试验研究中，也发现其它条件相同时，渗透性小的土比渗透性大的土更易于液化。

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。

水在土体中渗透，一方面会造成水量损失（如水库），影响工程效益，另一方面会引起土体内部应力状态的变化，如基坑开挖可能会造成基坑坑壁失稳、管涌、流砂等现象，使原有建筑物破坏或施工不便。

图4-1 地下水类型

渗透一般是地下水造成的，存在于地面以下土和岩石的孔隙、裂隙或溶洞中的水，称为地下水；反之，分布在江河、湖泊、海洋内的液态水，或在陆地上的冰、雪，称为地表水。地下水按其埋藏条件，可分上层滞水、潜水和承压水三种。