土力学--渗流详解

n Vv Av 1 Av V A1 A
A > Av
v

vs

v n
Vs=q/Av V=q/A
(3)适用条件
v
层流(线性流):大部分砂土，粉土；
疏松的粘土及砂性较重的粘性土。
o
v=k i
v
v ki (a) 层流 i
(4)两种特例
密实粘性土：近似适用： v=k(i - i0 ) ( i >i0 ) i0：起始水力梯度
选取几组不同的h1和h2及对应的时间t=t2-t1，利用式(2-11)计算出相 应的渗透系数k，然后取其平均值作为该土样的渗透系数。
2. 现场井孔抽水试验
(1)室内试验的优缺点 优点：设备简单、操作方便、费用低廉。 缺点：取样和制样对土扰动、试样不一定是现场的代表性土，导致室内
测定的渗透系数难以反映现场土的实际渗透性。
☆水工建筑物防渗
一般采用“上堵下疏”原则。即上游截渗，延长渗径；下 游通畅渗透水流，减小渗透压力，防止渗透变形。
☆基坑开挖防渗
工程实例：
2003年7月1日，上海市轨道交通4号线发生一起管涌坍 塌事故，防汛墙塌陷、隧道结构损坏、周边地面沉降、造成 三幢建筑物严重倾斜。直接经济损失高达1.5亿人民币。
(2-34)
式中Fs为流土安全系数，通常取1.5~2.0。
பைடு நூலகம்
流土
(2)管涌(潜蚀) 定义：在渗流作用下土体的细土粒在粗土粒形成的孔隙通道中
发生移动并被带出的现象。 长期管涌破坏土的结构，最终导致土体内形成贯通的渗流 管道，造成土体坍陷。
管涌(土体内部细颗粒被带走)
管涌破坏(土体坍塌)
◆判别
①土类条件

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 。
二、流网的绘制及应用
首先明确几个概念：流线，等势线，流网
图2-10 透水地基上砼坝下渗流的流网图
1. 流网的绘制
（1）绘制原则 ① 流线与等势线必须正交；
② 流线与等势线构成的各个网格的长宽比应为常 数，即Δ l /Δs = C，最好为弯曲正方形，即Δ l /Δs = 1； ③ 必须满足边界条件。
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
③ 矿物成分
对于粘性土：k = f (e，I p ) ④ 构造影响
土的结构对k的影响也不可忽视。比如成层 土沿层面方向的渗流与垂直层面方向渗流的 渗透系数有时不是一个数量级。
At h2
At h2
(2-8)
(3) 现场抽水试验 下图为一现场井孔抽水试验示意图。在现场打
一口试验井，贯穿要测定k值的土层，另外在 距试验井不同距离处打一个或两个观测孔。
图2-6 现场抽水试验
在试验井中连续抽水，待出水量和各井孔的水 位稳定后，就会形成一个以抽水井为轴心的漏 斗状的地下水面。
渗流(seepage)? 由于土是具有连续孔隙的介质，当饱和土中两点 存在着能量差时，也就是存在水位差时，水就在 土的孔隙中从能量高的点（水位高的点）向能量 低的点流动。这种水在土体孔隙中流动的现象就 叫做渗流。

•
井的渗流主要解决两个问题：渗流量和浸润线位置。
判断：不透水层是指该层岩土的渗透系数等于零? 错
一、普通完全井
• 浸润漏斗方程：
0.73Q z h0 ln r lg r k r0 k r0
2 2
z
原地下水面
22
Q
s H h0 z
• 井的出水量公式 当r=R时，z=H，则得井的出水量公式：
急流，所以临界水深也失去了意义，故无 C—C线。
dh i (1 1 ) ds (
h0
h h0
)
i>0
正常水深线N-N将渗流区分为1、2两区：
h 1区： h0 , 1.0 曲线。 则 dh 0, ds
即 浸润曲线的水深沿程增加，为渗流壅水
当
当
h h0 , 1.0,
1
第十三章
• 概述
渗流
一、概念
1. 渗流（Seepage Flow）：是指流体在孔隙介质中的 流动。(水、石油、天然气等各种流体） 2. 地下水流动：在土建工程中，渗流主要是指水在地 表以下的土壤和岩石层中的流动，简称为地下水流 动。 判断：地下水的流动与明渠流都是具有自由液面的流 动。
2
二、渗流理论的应用
在重力作用下 能释放出来的水体积与土的总体积之比。数值上 等于容水度与持水度之差。 水度接近容水度；细颗粒粘土的给水度很小。
第一节 渗流的基本概念
，粗颗粒松散土壤的给 给水度 V
Va
8
二、地下水的状态
气态水：以蒸汽状态散逸于土壤孔隙中，数量极少，不需考虑。 附着水：以最薄的分子层吸附在土壤颗粒表面，呈固态水的性质
2 2
式中 q=Q/b为单宽渗流流量。

j 1
三、 渗透力及临界水力梯度
1. 渗透力
h
hwb b-b
孔隙水 whwb Aw
土颗粒
hwa
渗
L
wLAw
LA
流
a-a
Jw J Jw Js
J s whAw
A
whwa Aw
R
? whwa Aw whwb Aw + wLAw +J w
J Jw J whAw A Aw 总渗透力 J whA
黏性土 e lg k
（3）土的结构和构造
黏性土：絮凝结构>分散结构
层状土：kx k y
（4）土的饱和度 不饱和土中气泡对渗透性的影响
（5）水的动力黏滞度 dynamic coefficient of viscosity
k20
kT
T 20
3. 成层土的平均渗透系数 将土层简化为均质土，便于计算
（1）连续方程的建立 流入微单元的水量（厚度为1）
qx vxdz 1 kxixdz qz kzizdx
流出微单元的水量
qz dqz kz (iz diz )dx
z
qx
dz
qz dqz qx dqx
qz
dx
x
qx dqx kx (ix dix )dz
对稳定流，流入量＝流出量
对稳定流，流入量＝流出量
qx qz qx dqx qz dqz
kxdixdz kzdizdx 0
水力梯度
ix
h x
iz
h z
水头
kx
2h x2
kz
2h z 2
0
对各项同性土 kx kz
Pierre Simon de Laplace 1749～1827