答案第3章土的渗透性及渗流

第3章参考答案一、简答题1.【答】起始水力梯度产生的原因是，为了克服薄膜水的抗剪强度τ0(或者说为了克服吸着水的粘滞阻力)，使之发生流动所必须具有的临界水力梯度度。也就是说，只要有水力坡度，薄膜水就会发生运动，只是当实际的水力坡度小于起始水力梯度时，薄膜水的渗透速度V非常小，只有凭借精密仪器才能观测到。因此严格的讲，起始水力梯度I0是指薄膜水发生明显渗流时用以克服其抗剪强度τ0的水力梯度。2.【答】（1）土的粒度成分及矿物成分。土的颗粒大小、形状及级配，影响土中孔隙大小及其形状，因而影响土的渗透性。土颗粒越粗，越浑圆、越均匀时，渗透性就大。砂土中含有较多粉土及粘土颗粒时，其渗透系数就大大降低。（2）结合水膜厚度。粘性土中若土粒的结合水膜厚度较厚时，会阻塞土的孔隙，降低土的渗透性。（3）土的结构构造。天然土层通常不是各向同性的，在渗透性方面往往也是如此。如黄土具有竖直方向的大孔隙，所以竖直方向的渗透系数要比水平方向大得多。层状粘土常夹有薄的粉砂层，它在水平方向的渗透系数要比竖直方向大得多。（4）水的粘滞度。水在土中的渗流速度与水的容重及粘滞度有关，从而也影响到土的渗透性。3.【答】室内试验和现场试验渗透系数有较大差别，主要在于试验装置和试验条件等有关，即就是和渗透系数的影响因素有关，详见上一题。4.【答】当渗流场中水头及流速等渗流要素不随时间改变时，这种渗流称为稳定渗流，而拉普拉斯方程是指适用于平面稳定渗流的基本方程。5.【答】在稳定渗流场中，取一微单元体，并假定水体不可压缩，则根据水流连续原理，单位时间内流入和流出微元体的水量应相等，即dqe=dq0。从而得到：0zvxvzx即为二维渗流连续方程，从中由数学知识，可知流线和等势线正交。6.【答】在向上的渗流力作用下，粒间有效应力为零时，颗粒群发生悬浮、移动的现象称为流砂(土)现象。这种现象多发生在颗粒级配均匀的饱和细、粉砂和粉土层中，一般具有突发性、对工程危害大。在水流渗透作用下，土中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中移动，以至流失；随着土的孔隙不断扩大，渗流速度不断增加，较粗的颗粒也相继被水逐渐带走，最终导致土体内形成贯通的渗流管道，造成土体塌陷，这种现象称为管涌。它多发生在砂性土中，且颗粒大小差别大，往往缺少某种粒径，其破坏有个时间发展过程，是一种渐进性质破坏。具体地再说，管涌和流砂的区别是：（1）流砂发生在水力梯度大于临界水力梯度，而管涌发生在水力梯度小于临界水力梯度情况下；（2）流砂发生的部位在渗流逸出处，而管涌发生的部位可在渗流逸出处，也可在土体内部；（3）流砂发生在水流方向向上，而管涌没有限制。7.【答】渗流引起的渗透破坏问题主要有两大类：一是由于渗流力的作用，使土体颗粒流失或局部土体产生移动，导致土体变形甚至失稳；二是由于渗流作用，使水压力或浮力发生变化，导致土体和结构物失稳。前者主要表现为流砂和管涌，后者主要则表现为岸坡滑动或挡土墙等构造物整体失稳。二、填空题1.渗透性或透水性2.土的粒度成分及矿物成分、土的密实度、土的饱和度、土的结构、土的构造、水的温度3.常水头法、变水头法4.流砂(土)、管涌5.层流、渗透系数三、选择题1.D2.C3.D4.A5.D6.B7.A8.A9.D10.C11.D12.C13.D(注：按规范当)n1(41Pc时发生管涌)四、判断改错题1.√2.√3.，对黏性土不成正比。4.，改“愈小”为“愈大”。5.，改“相同”为“相反”。6.，改“常水”头为“降水头”或“变水头”。7.，每个网格的长宽比必须为定值。8.√9.，应将管涌与流土对调。五、计算题1.解：如图3-1，本题为定水头实验，水自下而上流过两个土样，相关几何参数列于图中。（1）以c-c为基准面，则有：zc=0，hwc=90cm，hc=90cm（2）已知hbc=30%hac，而hac由图2-16知，为30cm，所以hbc=30%hac=0.330=9cm∴hb=hc-hbc=90-9=81cm又∵zb=30cm，故hwb=hb-zb=81-30=51cm（3）已知k2=0.05cm/s，q/A=k2i2=k2hbc/L2=0.059/30=0.015cm3/s/cm2=0.015cm/s（4）∵i1=hab/L1=（hac-hbc）/L1=（30-9）/30=0.7，而且由连续性条件，q/A=k1i1=k2i2∴k1=k2i2/i1=0.015/0.7=0.021cm/s2.解：分析：如图3-2，砂土为透水土层，厚6m，上覆粘土为不透水土层，厚5m，因为粘土层不透水，所以任意位置处的过水断面的高度均为砂土层的厚度，即6m。题目又给出了r1=15m，r2=30m，h1=8m，h2=8.5m。由达西定律的公式知，drdhrkdrdhrkkAiq1262，可改写为：)(12ln,121212hhkrrqdhkrdrq积分后得到：带入已知条件，得到：cm/s103.68m/s1068.31530ln)85.8(1201.0ln)(123-41212rrhhqk本题的要点在于对过水断面的理解。另外，还有个别同学将ln当作了lg。3.解：(1)设所求值为h，砂样Ⅰ和砂样Ⅱ的高度分别为1l和2l。因各断面的渗流速度相等，故有2211ikik即221160lhklhkcmlklklkh204014024016060122112(2)砂与砂界面处的单位渗流量q为：scmAlhkAikvAq/2020040202.0311114.解：scmAhtQLk/105.6603.85.7414.3206.71225.解：因为试验时的温度为标准温度，故不作温度修正。scmhhttAaLk/104.1100145ln256073044.014.3ln5221126.解：(1)a、e点位于水面，故0eauub、d位于土层表面，其孔隙压力分别为：kpahuabwb90910kpahuedwd90110C点位于板桩底部，该点的水头损失为：mNhhd448194该点的孔压为：kpahhacw14041810uc(2)地基的单位渗水量：smNNkhdf/102.18419103q3677.解：(1)3/7.8109.01165.211mkNedws3w/510510JmkNLhiw因为J，所以不会发生流砂。(2)87.010107.8cri