第四+土的渗透性与土中渗流.ppt

仁者乐山 智者乐水 §4.2 达西定律 总水头：单位重量水体所具有的能量 位置水头Z：水体的位置势能（任选基准面） 压力水头u/?w：水体的压力势能（u孔隙水压力） 流速水头V2/(2g)：水体的动能（对渗流多处于层流≈0） 渗流的总水头： 渗流问题的水头 也称测管水头，是渗流的总驱动能，渗流总是从水头高处流向水头低处 A B L h1 h2 zA zB Δh 0 0 基准面 水力坡降线 A点总水头： 水力坡降 A B L hA hB zA zB Δh 基准面 水力坡降线 B点总水头： 二点总水头差：反映了两点间水流由于摩阻力造成的能量损失 水力坡降 i：单位渗流长度上的水头损失 §4.2 达西定律 达西渗透试验 L A h1 h2 Q Q 透水石 1856 年达西(Darcy)在研究城市供水问题时进行的渗流试验 §4.2 达西定律 试验前提：层流 试验结果 试验装置：如图 试验条件: h1，A，L=const 量测变量: h2，V，T Δh=h1-h2 Q=V/T Δh↑，Q↑ A↑，Q↑ L↑， Q↓ 断面平均流速 水力坡降 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。 注意： A 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 A Av Q＝vA ＝ vsAv k: 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 Av 渗透定律 达西定律的适用范围 §4.2 达西定律 适用条件：层流（线性流动） 岩土工程中的绝大多数渗流问题，包括砂土或一般粘土，均属层流范围 在粗粒土孔隙中，水流形态可能会随流速增大呈紊流状态，渗流不再服从达西定律。可用雷诺数进行判断 ： 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 达西定律 适用范围 2.0 1.5 1.0 0.5 0 水力坡降 流速 (m/h) 砾石 粗砂 中砂 细砂 极细砂 h 10 d v R e ? = Re＜5时层流Re ＞200时紊流200＞ Re ＞5时为过渡区 达西定律的适用范围 在纯砾以上的很粗的粗粒土如堆石体中，在水力坡降较大时，达西定律不再适用，此时： i v o i0 两种特例 对致密的粘性土，存在起始水力坡降i0 ？？ i v o vcr ii0, v=k?(i - i0 ) 渗透系数的测定方法 常水头试验法 变水头试验法 井孔抽水试验 井孔注水试验 §4.3 渗透系数的测定方法 室内试验方法 野外试验方法 室内试验方法-常水头试验法 试验条件: Δh，A，L=const 量测变量: 体积V，t 适用土类：透水性较大的砂性土 i=Δh/L V=Qt=vAt v=ki ?h L 土样 A V Q 室内试验方法-变水头试验法 试验条件:Δh变化 A，a，L=const 量测变量: ?h，t 适用土类：透水性较小 的粘性土 土样 A t=t1 ?h1 t=t2 ?h2 L Q 水头 测管 开关 a 室内试验方法–小结 §4.3 渗透系数的测定方法 常水头试验 变水头试验 条件 已知 测定 公式 取值 Δh=const Δh变化 Δh，A，L V，t 重复试验后，取均值 a，A，L Δh，t 不同时段试验，取均值 适用 粗粒土 粘性土 §4.3 渗透系数的测定方法 现场测定法－抽水试验 抽水量Q r1 r2 h1 h2 井 不透水层 试验条件: Q=const 量测变量: r=r1，h1=？ r=r2，h2=？ 优点：可获得现场较为可靠的平均渗透系数 缺点：费用较高，耗时较长 观察井 A=2?rh i=dh/dr 计算公式： r 抽水量Q r1 r2 h1 h2 井 不透水层 dh dr h 地下水位≈测压管水面 现场测定法－抽水试验 §4.3 渗透系数的测定方法 粒径大小及级配 孔隙比 矿物成分 结构 饱和度（含气量） 水的动力粘滞系数 渗透系数的影响因素 §4.3 渗透系数的测定方法 是土中孔隙直径大小的主要影响因素 因由粗颗粒形成的大孔隙可被细颗粒充填，故土体孔隙的大小一般由细颗粒所控制。因此，土的渗透系数常用有效粒径d10来表示，如哈臣公式： 土的性质 水的性质 粒径大小及级配 孔隙比 矿物成分 结构 渗透系数的影响因素 §4.3渗透系数的测定方法 是单位土体中孔隙体积的直接度量 对于砂性土，常建立孔隙比e与渗透系数k之间的关系，如： 渗透