《土质学与土力学》安徽理工大学资源与环境工程系教案.ppt

第四章 土的渗透性和渗流问题 渗透力和渗透变形 1.试验观察 Δh=0 静水中，土骨架会受到浮力作用。 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。 渗透力 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 h1 Δh h2 0 0 hw L 土样 滤网 贮水器 a b 一、渗透力 渗透力和渗透变形 h2 0 0 hw L 土样 滤网 贮水器 a b P2 W P1 R 静水中的土体 A=1 W = Lγsat＝L(γ’ + γw) P1 = γwhw P2 = γwh2 R = ? R + P2 = W + P1 R + γwh2 = L(γ’ + γw) + γwhw R = γ’L 土水整体分析 一、渗透力 渗透力和渗透变形 一、渗透力 h1 Δh h2 0 0 hw L 土样 滤网 贮水器 a b P2 W P1 R 静水中的土体 A=1 W = Lγsat＝L(γ’ + γw) P1 = γwhw P2 = γwh1 R = ? R + P2 = W + P1 R + γwh1 = L(γ’ + γw) + γwhw R = γ’L－ γwΔh R = γ’L 渗流中的土体 h1 Δh h2 0 0 hw L 土样 滤网 贮水器 a b P2 W P1 R 静水中的土体 A=1 R = γ’L－ γwΔh R = γ’L 渗流中的土体 向上渗流存在时，滤网支持力减少 减少的部分由谁承担？ 水与土之间的作用力－渗流的拖曳力 总渗透力 J = γwΔh 渗透力 j = J/V = γwΔh/L = γwi j = γwi 渗透力和渗透变形 一、渗透力 渗透力和渗透变形 一、渗透力 h1 Δh h2 0 0 hw L 土样 滤网 贮水器 a b P2 W P1 R A=1 R = γ’L－ γwΔh 渗流中的土体所受滤网支持力 向上渗流存在时，滤网支持力减少 临界水力坡降 i = Δh/L = γ’ /γw icr = γ’ /γw γ’L－ γwΔh = 0 渗透力和渗透变形 一、渗透力 P2 W P1 R h1 Δh h2 0 0 hw L 土样 滤网 贮水器 a b A=1 P1+ Ww+ J’= P2 水体的平衡条件 j = γwi γwhw+ γwL + j’L= γwh1 W’ J Ww J’ = R + P2 P1 P1 = γwhw P2 = γwh1 Ww= Vvγw+ Vsγw= Lγw 土水隔离分析 一、渗透力 渗透力和渗透变形 渗流力的特征与计算 渗透力具有以下特征： (1)渗透力是一种体积力，量纲为KN/m3 (2)渗透力与水力坡降成正比j= i (3)渗透力方向与渗流方向一致。 当渗流场中各个网格的水力坡降ii求得后，应用式j＝ i可确定 单位渗透力ji= i；网格总的渗透力Ji=jiaili；其方向与流向一致。 整个流场的总渗透力矢量J即为各网格渗透力的矢量和。 渗透力和渗透变形 二、渗透变形 基本类型 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 渗透力和渗透变形 二、渗透变形 粘性土k1k2 砂性土k2 坝体 1. 基本类型 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 渗流 原因： 二、渗透变形 渗透力和渗透变形 管涌 原因： 内因—— 有足够多的粗颗粒形成大于细粒直径的孔隙 外因——渗透力足够大 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。 管涌 管涌破坏 二、渗透变形 渗透力和渗透变形 流土与管涌的比较 流土 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 渗透力和渗透变形 2.形成条件 Fs: 安全系数1.5～2.0 [ i ] : 允许坡降 i icr : i = icr : i icr : 土体处于稳定状态 土体发生流土破坏 土体处于临界状态 流土 经验判断： 二、渗透变形 * * 《土质学与土力学》 安徽理工大学资源与环境工程系 ☆ 概述 ☆ 土的渗透性 ☆ 二维渗流与流网 ☆ 渗透力和渗透变形 孔隙水 在水头差作用下 渗透：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 造成水量损失，影响工程效益 引起土体内部应