2.6 土的渗透及渗流

2.6土的渗透及渗流§2.6.1土的渗透性2.6土的渗透及渗流§2.6.2二维渗流及流网§2.6.3动水力及渗流破坏渗流渗透性土具有被水、气等液体透过的性质概述水、气等在土体孔隙中流动的现象§2.1土的渗透性一．渗透试验与达西定律二．渗透系数的测定及影响因素一、渗透试验与达西定律试验前提：层流LhAQ断面平均流速水力坡降AQvLhiiv1.渗透试验试验结果试验装置：如图试验条件:h1，A，L=const量测变量:h2，V，TΔh=h1-h2Q=V/T2.达西定律ikvnvvvs渗透定律在层流状态的渗流中，渗透速度v与水力坡降i的一次方成正比，并与土的性质有关。iv注意：AAnvV：假想渗流速度，土体试样全断面的平均渗流速度Vs：实际平均渗流速度，孔隙断面的平均渗流速度AAvQ＝VA＝VsAvk:反映土的透水性能的比例系数，称为渗透系数物理意义：水力坡降i＝1时的渗流速度单位：mm/s,cm/s,m/s,m/day二、渗透系数的测定及影响因素室内试验测定方法常水头试验法变水头试验法井孔抽水试验井孔注水试验1.测定方法现场试验测定方法井孔压水试验室内试验方法1—常水头试验法结果整理试验装置：如图试验条件:Δh，A，L=const量测变量:V，ti=Δh/LV=Qt=vAtv=kihtAVLk适用土类：透水性较大的砂性土室内试验方法2—变水头试验法试验装置：如图试验条件:Δh变化，A，L=const量测变量:Δh，t对于透水性较小的粘性土，应采用变水头试验法常水头试验变水头试验条件已知测定算定取值Δh=constΔh变化Δh，A，LV，t重复试验后，取均值a，A，LΔh，t21hhlnAtaLkhtAVLk室内试验方法不同时段试验，取均值适用粗粒土粘性土2影响土渗透性的主要因素（1）砂性土颗粒大小、级配、密度以及土中封闭气泡等。（2）黏性土土的矿物成分、结合水膜厚度、土的结构构造以及土中气体等。§2.2二维渗流与流网Laplace方程一、二维渗流的基本方程及求解连续性条件zxkk假定：Δh对于稳定渗流h=h(x,z),v=v(x,z)取单宽：dy=1与时间无关达西定律平面渗流的基本方程1.基本方程zxzvxvdxxvvxxdzzvvzz0zvxvzxzhkv;xhkvzzxx连续性条件达西定律zxkk假定dxvdzvdqzxedx)dzzvv(dz)dxxvv(dqzzxxooedqdq0zhxh22220zhkxhk22z22xLaplace方程①与kx,kz无关②满足它的是两个共轭调合函数——势函数和流函数特点描述渗流场内部的测管水头的分布，是平面稳定渗流的基本方程式2.求解方法基本方程边界条件解析方法适用于边界条件简单的情况通解：两个共轭调和函数势函数Φ(x,z)流函数Ψ(x,z)等势线流线边界条件特定解二、流网特征与绘制流网——渗流场中流线和等势线所组成的曲线正交网络。流线——水质点运动的轨迹线。等势线——测管水头相同的点之连线。流网法——通过绘制流线与势线的网络状曲线簇来求解渗流问题。流网特征流线与等势线互相正交；流网为曲边正方形；任意两相邻等势线之间的水头损失相等；任意两相邻流线间的单位渗流量相等。基本要求1.正交性：流线与等势线必须正交H△h0lsls2.各个网格的长宽比c应为常数。取c=1，即为曲边正方形3.在边界上满足流场边界条件要求，保证解的唯一性。ABCDlsH△h00ls绘制方法根据渗流场的边界条件确定边界流线和首尾等势线正交性曲边正方形流线→等势线→反复修改，调整精度较高的流网图初步绘制流网§2.3动水力及渗流破坏一、动水力（渗流力）试验观察Δh0水在流动时，水流受到来自土骨架的阻力，同时流动的孔隙水对土骨架产生一个摩擦、拖曳力。渗流力J——渗透作用中，孔隙水对土骨架的作用力，方向与渗流方向一致。渗透变形渗透力Δh=0静水中，土骨架会受到浮力作用。渗透力的性质物理意义：单位土体内土骨架所受到的渗透水流的拖曳力，它是体积力j=γwi大小：方向：与渗流方向一致作用对象：土骨架基本类型二、渗流破坏（渗流变形）流土管涌土工建筑物及地基由于渗流作用而出现的变形或破坏形成条件防治措施1.流砂（流土）在向上的渗透作用下，表层局部土体颗粒同时发生悬浮移动的现象。2.管涌在渗流作用下，一定级配的无粘性土中的细小颗粒，通过较大颗粒所形成的孔隙发生移动，最终在土中形成与地表贯通的管道。流砂与管涌的比较流砂土体局部范围的颗粒同时发生移动管涌只发生在水流渗出的表层只要渗透力足够大，可发生在任何土中破坏过程短导致下游坡面产生局部滑动等现象位置土类历时后果土体内细颗粒通过粗粒形成的孔隙通道移动可发生于土体内部和渗流溢出处一般发生在特定级配的无粘性土或分散性粘土破坏过程相对较长导致结构发生塌陷或溃口3.防治措施scrFiii增大[i]：下游增加透水盖重防治流砂减小i：上游延长渗径；下游减小水压防治管涌改善几何条件：设反滤层等改善水力条件：减小渗透坡降