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会计学 1 土力学清华大学 §2.1 概述 §2.2 土的渗透性与渗透规律 §2.3 平面渗流与流网 §2.4 渗透力与渗透变形 第二章：土的渗透性和渗流问题 第1页/共85页 §2.1 概述 土体中的渗流 土是一种碎散的多孔介质，其孔隙在空间互相连通。当饱和土中的两点存在能量差时，水就在土的孔隙中从能量高的点向能量低的点流动 水在土体孔隙中流动的现象称为渗流 土具有被水等液体透过的性质称为土的渗透性 第2页/共85页 §2.1 概述 土体中的渗流 对土的渗透问题研究主要包括下述三个方面： 渗流量问题 渗透变形（渗透破坏）问题 渗流控制问题 第3页/共85页 透水层 不透水层 土石坝坝基坝身渗流 §2.1 概述- 渗流问题 防渗体 坝体 渗流问题： 1. 渗流量？ 2. 渗透破坏？ 3. 渗透力？ 第4页/共85页 板桩围护下的基坑渗流 §2.1 概述- 渗流问题 渗流问题： 1. 渗流量？ 2. 渗透破坏？ 3. 渗水压力？ 透水层 不透水层 基坑 板桩墙 第5页/共85页 渗流问题： 1. 渗流量Q？ 2. 降水深度？ 透水层 不透水层 天然水面 水井渗流 漏斗状潜水面 Q §2.1 概述- 渗流问题 第6页/共85页 渗流问题： 1. 渗流量？ 2. 地下水影响 范围？ 渠道、河流渗流 §2.1 概述- 渗流问题 原地下水位 渗流时地下水位 第7页/共85页 §2.1 概述- 渗流问题 降雨入渗引起的滑坡 渗流问题： 1. 渗透力？ 2. 入渗过程？ 第8页/共85页 渗流量 扬压力 渗水压力 渗透破坏 渗流速度 渗水面位置 挡水建筑物 集水建筑物 引水结构物 基础工程 地下工程 边坡工程 渗透特性 变形特性 强度特性 土的渗透特性 §2.1 概述- 土渗流特性 第9页/共85页 §2.1 概述  §2.2 土的渗透性与渗透规律 §2.3 平面渗流与流网 §2.4 渗透力与渗透变形 第二章：土的渗透性和渗流问题 第10页/共85页 §2.2 土的渗流性与渗透规律 水头与水力坡降 土的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 土的渗透性与渗透规律 渗流的驱动能量 反映渗流特点的定律 土的渗透性 地基的渗透系数 第11页/共85页 位置水头：到基准面的竖直距离，代表单位重量的液体从基准面算起所具有的位置势能 压力水头：水压力所能引起的自由水面的升高，表示单位重量液体所具有的压力势能 测管水头：测管水面到基准面的垂直距离，等于位置水头和压力水头之和，表示单位重量液体的总势能 在静止液体中各点的测管水头相等 §2.2 土的渗流性与渗透规律 位置、压力和测管水头 第12页/共85页 §2.2 土的渗流性与渗透规律 水流动的驱动力 水往低处流 水往高处“跑” 位置：使水流从位置势能高处流向位置势能低处 流速：水具有的动能 压力：水所具有的压力势能 也可使水流发生流动 第13页/共85页 称为总水头，是水流动的驱动力 单位重量水流的能量： §2.2 土的渗流性与渗透规律 水流动的驱动力 - 水头 第14页/共85页 渗流中的水头与水力坡降 §2.2 土的渗流性与渗透规律 A B L 渗流为水体的流动，应满足液体流动的三大基本方程：连续性方程、能量方程、动量方程 第15页/共85页 §2.2 土的渗流性与渗透规律 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 第16页/共85页 A点总水头： §2.2 土的渗流性与渗透规律 水力坡降 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 第17页/共85页 达西渗透试验 §2.2 土的渗流性与渗透规律 1856 年达西(Darcy)在研究城市供水问题时进行的渗流试验 或： 其中，A是试样的断面积 第18页/共85页 达西定律 §2.2 土的渗流性与渗透规律 达西定律：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 渗透系数k: 反映土的透水性能的比例系数，其物理意义为水力坡降i＝1时的渗流速度，单位： cm/s, m/s, m/day 渗透速度v：土体试样全断面的平均渗流速度，也称假想渗流速度 其中，Vs为实际平均流速，孔隙断面的平均流速 第19页/共85页 达西定律的适用范围 §2.2 土的渗流性与渗透规律 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