土中水的运动规律

2006年9月重庆交通大学河海学院岩土与地质工程系1主要内容第一节土的毛细性（自学）第二节土的渗透性第三节流网及其应用（自学）第四节土在冻结过程中水分的迁移和积聚（自学）2006年9月重庆交通大学河海学院岩土与地质工程系23.1基本概念地下水(groundwater):出现在已经充分饱和了的土层和地质层组中的地下水位以下的水体（R.A.Freeze,J.A.Cherry,1979）或：地面下的岩土体中水位以下存在的水土中水的运动渗透、固结、毛细、渗附等渗流（Seepage）：水在土体中的流动称为渗流。稳定渗流：渗流过程中土体内各点的水头不随时间变化不稳定渗流：又称瞬变流，渗流过程中水头和流量边界条件随时间变化，造成渗流状态是时间的函数2006年9月重庆交通大学河海学院岩土与地质工程系33.1基本概念工程中不稳定渗流问题饱和渗流/非饱和渗流土的固结作用造成的渗流入渗分析污染迁移分析2006年9月重庆交通大学河海学院岩土与地质工程系4粘性土的中渗流轨迹2006年9月重庆交通大学河海学院岩土与地质工程系5理想化的渗透模型真实渗流与渗流模型（流量、压力、阻力）真实流速和模型平均流速Aqvv-渗流模型的平均流速q-渗流流量A-过水断面面积n－孔隙度nAqv02006年9月重庆交通大学河海学院岩土与地质工程系63.2基本定律层流渗流定律－达西定律2006年9月重庆交通大学河海学院岩土与地质工程系7层流渗流定律－达西定律V在完全饱和的砂土中，水在压力差作用下呈层流运动（或渗流）时，服从线性渗透定律——达西定律(渗流速度与水力梯度呈正比）KiLHKvv——渗流速度；K——比例系数，称为渗透系数，cm/s或m/d；i——水力坡度，为水头损失H与渗透路径长度L之比I2006年9月重庆交通大学河海学院岩土与地质工程系8io—起始水力坡度vi0)(0iiKvi层流渗流定律－达西定律（粘土）2006年9月重庆交通大学河海学院岩土与地质工程系9三、土的渗透系数测定室内渗透试验常水头（砂土）变水头（粘土）野外抽水试验粗粒土的渗透系数常水头变水头2006年9月重庆交通大学河海学院岩土与地质工程系102006年9月重庆交通大学河海学院岩土与地质工程系113.3渗透变形与破坏渗透力（动水力）的计算流砂、管涌和临界水力坡度（水力梯度）近松散层开采水砂突涌问题2006年9月重庆交通大学河海学院岩土与地质工程系12日本新泻1964年地震时砂土液化影响。这些设计为抗震的建筑物倾斜而未受损坏。2006年9月重庆交通大学河海学院岩土与地质工程系13加州沃森维尔附近的野外涌沙2006年9月重庆交通大学河海学院岩土与地质工程系14唐山地震造成的喷水冒砂区分布图2006年9月重庆交通大学河海学院岩土与地质工程系152006年9月重庆交通大学河海学院岩土与地质工程系162006年9月重庆交通大学河海学院岩土与地质工程系17hh1h2AAL总渗透力（Seepageforce）wh1A=wh2A+JJ=wh1A-wh2A=w（h1-h2）A=whA2006年9月重庆交通大学河海学院岩土与地质工程系18总渗透力（Seepageforce）wh1A=wh2A+JJ=wh1A-wh2A=w（h1-h2）A=whA单位体积的渗透力j=J/AL=whA/AL=wI2006年9月重庆交通大学河海学院岩土与地质工程系19j=wij——渗透力，KN/m3；i——水力坡度；w——水的重度，KN/m3渗透力为体积力2006年9月重庆交通大学河海学院岩土与地质工程系20动水压力的危害－流砂（土）向上的渗透力j=Wh土体向下的压力’h2j=Wh=’h2时，颗粒间的有效应力减少为0，即发生所谓流砂或管涌现象。’=Wh/h2=WIcrhh1h22006年9月重庆交通大学河海学院岩土与地质工程系21Icr—临界水力坡度与流沙Icr=’/w=（Gs-1）（1-n）=（Gs-1）/（1+e）允许水力坡度临界水力坡度除以安全系数m[I]=Icr/KK安全系数，一般取2.0-2.52006年9月重庆交通大学河海学院岩土与地质工程系22渗透破坏之管涌管涌：是单个土颗粒在渗透作用下独立移动的现象。管涌一般发生在不均粒系数较大的砂砾层中，它既可以发生在地下水逸出段，又可能发生于土体内部粗粒骨架的孔隙中。当坝基土体的粗粒孔隙中携走的细颗粒含量较少时，并不影响坝体的稳定。而当坝基的细粒物质被渗流从粗粒孔隙中携走后，形成管道状孔洞，土体的结构和强度遭到破坏，造成地面塌陷时，即会危及坝体安全。这种管涌称之为发展型管涌，将会造成严重危害。2006年9月重庆交通大学河海学院岩土与地质工程系23顶分层采后，采底分层放顶煤4.4m，累计采厚8.8m时，垮落带高度达到24.0m，在接近顶分层停采线时形成贯穿性剪切破坏，底部粘土层被拉开和错断，无法起到防水作用，见图5-22至图5-24。因此在基岩厚度34m左右采用此方案开采，要保证开采安全，必须降低初始水头，以防溃砂事故发生近松散层开采水砂突涌问题2006年9月重庆交通大学河海学院岩土与地质工程系242006年9月重庆交通大学河海学院岩土与地质工程系25本章重点达西定理及其物理意义。渗透系数定义、意义及其测定方法流土和管涌的发生条件和各自特征。作业：P54；3-1，3-22006年9月重庆交通大学河海学院岩土与地质工程系26THANKS！