土力学 第3章 土渗透性与渗流.ppt

透水层 不透水层 基坑 2、设置地下连续墙或钢板桩：在基坑周边施工地下连续墙或打钢板桩，隔断地下水， 同时在基坑内设置集中井，把地下水位降低到基坑下0.5～1.0m。 基坑降水和预防流砂发生的措施 （课本第41页） (a)基坑因流砂破坏；(b)河堤外覆盖层流砂涌出；(c)流砂涌向基坑引起房屋不均匀沉降 流砂导致工程破坏示例 （课本第41-42页） 流砂引起路面塌陷（渗透破坏） 地震引起的砂土液化（振动液化） 管涌——水在土中渗流时，土中细颗粒在渗透力作用下通过粗颗粒的孔隙被水流带走，土的孔隙不断扩大，较粗颗粒也被水流逐渐带走，最终导致土体内形成贯通的通道，造成土体塌陷的现象。 发生条件 1、几何条件：孔隙直径＞细颗粒直径、Cu＞10 2、水力条件：水力梯度＞临界水头梯度 预防措施 1、改变土粒几何条件：设置反滤层——用砂砾石层或土工布、土工网和土工格栅等土工合成材料；保护土的细颗粒、让水渗流通过。 2、改变水力条件：防渗处理、打板桩 2、管涌 （课本第42页） 反滤层封闭管涌口 板桩 管涌现象 管涌与反滤层 第三章 土的渗透性及渗流 本章主要内容 3.1 渗流引起的工程问题 3.2 土的渗透性与达西定律 3.3 土的渗透系数 3.4 二维渗流与流网（略） 3.5 渗透力与渗透变形 3.6 饱和土的有效应力原理 注意：红色字部分为关键内容 土是由三相（固体颗粒、水、气体）组成的。当土位于地下水位以下时，处于饱和状态（孔隙全部充满水），此时，重力水在水力梯度作用下会发生流动（渗流）。 重力水的流动可以造成蓄水建筑物（水库大坝、河流堤岸等）的渗漏破坏以及引起土体稳定性的破坏。 渗流：指土中水在重力作用下穿过土中孔隙流动的现象。 渗透性：指土具有被水透过的性质。 引起工程 问题 渗漏问题——水库大坝、河流堤岸等水量损 失，甚至造成溃坝、决堤。 渗透稳定问题——引起土体应力、强度、变形 等变化，出现流砂、管涌问题， 造成滑坡、基坑或挡土墙失稳。 第一节 渗流引起的工程问题 浸润线 透水层 不透水层 渗流量？ 渗透变形 (管涌) 土石坝坝基坝身渗流 透水层 不透水层 板桩支护 基坑 板桩围护下的基坑渗流 渗流量？ 渗透变形？(管涌) 渗流量？ 渗流时地下水位 渠道渗流 透水层 不透水层 地下水位 水井渗流 漏斗状潜水面 Q 水井 渗流量？ 渗流滑坡 滑坡 （课本第32页） 土的渗透性是土的重要力学特征之一。 在计算基坑涌水量、水库与渠道的渗流量，评价土体的渗透变形、分析饱和黏性土在荷载作用下地基变形与时间的关系等方面，都与土的渗透性（渗透系数）密切相关。 因此，需要掌握地下水的运动方式和其渗透、流动的规律——达西定律。 第二节 土的渗透性与达西定律 地下水：地下水位以下的重力水。除特殊情况外，地下水总是处在运动状态之中。 地下水的运动方式的分类： 地下水的运动方式 2、按水流在空间上的分布状况分为：一维流动（单向流动）、二维流动（双向流动） 、三维流动（三向流动） 1、按流线形态分为：层流、紊流 （课本第33页） 达西定律 达西（H.Darcy），1803～1858，法国水力工程师。1856年，达西发表了著名的多孔介质地下水运动或流动的报告。提示了水在层流状态的渗流中，水的渗透速度与水头梯度成正比，即达西定律。 可以说，达西的发现首次从数量上揭示了多孔介质中水流与多孔介质渗透性之间的数量关系，使多孔介质中地下水流计算成为可能。 达西是水文地质学的奠基人之一，他的实验成果开创了一门研究地下水流在多孔介质中运动的科学——地下水动力学。 水头与水头梯度 水的渗流是由水头势能驱动，从水头高（势能大）的地方流向水头低（势能小）的地方。 水头——单位质量的水体所具有的能量。 用高度表示，常用单位为“米”。 水头梯度（水力梯度、水力坡降） 水头梯度——是指沿渗流方向单位距离的水头损失。无单位。 （课本第33页） A B L H1 H2 zA zB ΔH 0 0 基准面 水力坡降线 A点水头为H1； B点水头为H2 ； 水头梯度： 渗流方向单位距离时的水头损失。 水头差： （课本第33页） 由于土体中的孔隙一般非常微小，水在土体中流动时的粘滞阻力很大、流速缓慢，因此，其流动状态大多属于层流。 渗透速度： 或