土力学-知识单元二(土渗透性及渗流).ppt

层状地基的等效渗透系数 等效渗透系数 确立各层土的ki 根据渗流方向确定等效渗流系数 天然土层多呈层状 多个土层用假想单一土层置换，使得其总体的透水性不变 知识点一 土的渗流性与渗透规律 ?h H1 H2 H3 H k1 k2 k3 x z q1x q3x q2x 1 1 2 2 不透水层 等效渗透系数: kx 已知条件: qx=vxH=kx i H Σqix=Σki ii Hi 达西定律: 等效条件: 层状地基的水平等效渗透系数 知识点一 土的渗流性与渗透规律 层状地基的垂直等效渗透系数 H1 H2 H3 H ?h k1 k2 k3 x z v 承压水 kz vi = ki (Δhi / Hi ) 已知条件: 达西定律: 等效条件: v = kz (Δh / H ) 等效渗透系数: 知识点一 土的渗流性与渗透规律 算例说明 按层厚加权平均，由较大值控制 层厚倒数加权平均，由较小值控制 层状地基的等效渗透系数 H1 H2 H3 H k1 k2 k3 x z 知识点一 土的渗流性与渗透规律 层状地基的等效渗透系数 水平渗流情形 垂直渗流情形 条件 已知 等效 公式 知识点一 土的渗流性与渗透规律 小 结 水头与水力坡降 渗透试验与达西定律 渗透系数的测定及影响因素 层状地基的等效渗透系数 总水头=位置水头+压力水头 水头是渗流的驱动力 达西定律 渗透系数、渗透速度 达西定律的适用条件 常水头试验 变水头试验 抽水试验 渗透系数影响因素 水平等效渗透系数 垂直等效渗透系数 知识点一 土的渗流性与渗透规律 知识点二 渗透破坏与控制 土工建筑物及地基由于渗流作用而出现的变形或破坏称为渗透变形或渗透破坏。渗透变形是土工建筑物发生破坏的常见类型 基本类型： 管涌 流土 接触流土 接触冲刷 渗透变形 单一土层渗透变形的两种基本型式 渗透变形 - 流土 流土：在向上的渗透作用下，表层局部范围内的土体或颗粒群同时发生悬浮、移动的现象。任何类型的土，只要水力坡降达到一定的大小，都可发生流土破坏 粘性土k1k2 砂性土k2 坝体 渗流 原因： 与土的密实度有关 知识点二 渗透破坏与控制 坝体 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 渗流 过程演示 1. 在渗透水流作用下，细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中移动流失 2. 孔隙不断扩大，渗流速度不断增加，较粗颗粒也相继被水带走 3. 形成贯穿的渗流通道，造成土体塌陷 知识点二 渗透破坏与控制 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 知识点二 渗透破坏与控制 Fs: 安全系数1.5~2.0 [ i ] : 允许坡降 i icr :土体处于稳定状态 i = icr :土体处于临界状态 i icr :土体发生流土破坏 工程设计： 流土可能性的判别 在自下而上的渗流逸出处，任何土，包括粘性土和无粘性土，只要满足渗透坡降大于临界水力坡降这一水力条件，均要发生流土： 知识点二 渗透破坏与控制 土是否会发生管涌，取决于土的性质： 粘性土（分散性土例外）属于非管涌土 无粘性土中发生管涌必须具备相应的几何条件和水力条件 管涌可能性的判别 知识点二 渗透破坏与控制 较均匀土 （Cu?10） 几何条件 水力条件 无粘性土管涌的判别 级配 孔隙及细粒 判定 非管涌土 粗颗粒形成的 孔隙小于细颗粒 不均 匀土 （Cu10） 不连续 连续 d0=0.25d20 细粒含量35% 细粒含量25% 细粒含量=25-35% d0 d3 d0 d5 d0 = d3-d5 管涌土 过渡型土 非管涌土 非管涌土 管涌土 过渡型土 P(%) lgd 骨架 充填料 发生管涌的必要条件：粗颗粒所构成的孔隙直径大于细颗粒直径 知识点二 渗透破坏与控制 几何条件 水力条件 无粘性土管涌的判别 渗透力能够带动细颗粒在孔隙间滚动或移动。可用管涌临界水力坡降表示 0 5 10 15 20 25 30 35 1.5 1.0 0.5 0 icr Cu 流土 过渡 管涌 水力坡降 级配连续土 级配不连续土 破坏坡降 icr 0.20-0.40