第二章-土的滲透性及水的滲流優(yōu)質(zhì)課件

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1、*,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,,*,第二章 土的滲透性及水的滲流,第二章 土的滲透性及水的滲流,1,土的滲透性及水的滲流,,第二章,土的滲透性及水的滲流 第二章,2,本章特點(diǎn),,學(xué)習(xí)要點(diǎn),,主要難點(diǎn),有較嚴(yán)格的理論（水流的一般規(guī)律）,有經(jīng)驗(yàn)性規(guī)律（散粒體多孔介質(zhì)特性）,,注重對(duì)物理概念和意義的深入理解,注意土是散粒體（多孔介質(zhì)）這一特點(diǎn),,水頭及水力坡降,二維流網(wǎng)及其應(yīng)用,滲透力及其

2、分析方法,§2,土的滲透性及水的滲流,,3,本章特點(diǎn)有較嚴(yán)格的理論（水流的一般規(guī)律）§2 土的滲透性及水,碎散性,多孔介質(zhì),三相體系,孔隙流體流動(dòng),滲流,水、氣等在土體孔隙中流動(dòng)的現(xiàn)象,滲透性,土具有被水、氣等流體透過(guò)的性質(zhì),滲透特性,強(qiáng)度特性,變形特性,非飽和土的滲透性,飽和土的滲透性,概述,能量差,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,土顆粒,土中水,滲流,,§2,土的滲透性及水的滲流,,碎散性多孔介質(zhì)三相體系孔隙流體流動(dòng)滲流水、氣等在土體孔隙中流,4,水在土體中的滲透，一方面會(huì)造成水量的損失，影響工程效益；另一方面將引起土體內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)的變化，從而改變水工

3、建筑物或地基的穩(wěn)定條件，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)釀成破壞事故。,,土的滲透性的強(qiáng)弱，對(duì)土體的固結(jié)、強(qiáng)度以及工程施工都有非常重要的影響。,,§2,土的滲透性及水的滲流,,5,水在土體中的滲透，一方面會(huì)造成水量的損失，影響工程效益；另一,水的問(wèn)題,水的問(wèn)題指在工程中由于水本身引起的工程問(wèn)題，比如基坑、隧道等開(kāi)挖工程中普遍存在地下水滲出而出現(xiàn)需要排水的問(wèn)題；相反在以蓄水為目的的土壩中會(huì)由于滲透造成水量損失而出現(xiàn)需要擋水的問(wèn)題；另外還有一些像污水的滲透引起地下水污染，地下水開(kāi)采引起大面積地面沉降及沼澤枯竭等地下水環(huán)境的問(wèn)題。也就是說(shuō)，水自身的量（涌水量，滲水量）、質(zhì)（水質(zhì)）、賦存位置（地下水位）的變化所引起的問(wèn)題。

4、,§2,土的滲透性及水的滲流,,6,水的問(wèn)題水的問(wèn)題指在工程中由于水本身引起的工程問(wèn)題，比如基坑,土的問(wèn)題,土的問(wèn)題是指由于水的滲透引起土體內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)的變化或土體、地基本身的結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度等狀態(tài)的變化，從而影響建筑物或地基的穩(wěn)定性或產(chǎn)生有害變形的影響，在坡面、擋土墻等結(jié)構(gòu)物中常常會(huì)由于水的滲透而造成內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)的變化而失穩(wěn)；土壩、堤防、基坑等結(jié)構(gòu)物會(huì)由于管涌逐漸改變地基土內(nèi)的結(jié)構(gòu)而釀成破壞事故；非飽和的坡面會(huì)由于水分的滲透而造成土的強(qiáng)度的降低而引起滑坡。由于滲透而引起的代表性例子就是地下水開(kāi)采造成的地面下沉問(wèn)題。,§2,土的滲透性及水的滲流,,7,土的問(wèn)題土的問(wèn)題是指由于水的滲透引起土體內(nèi)部應(yīng)力

5、狀態(tài)的變化或,概述,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,滲流量,滲透變形,土石壩,防滲斜墻及鋪蓋,浸潤(rùn)線,透水層,不透水層,土石壩壩基壩身滲流,§2,土的滲透性及水的滲流,,概述滲流量滲透變形土石壩防滲斜墻及鋪蓋浸潤(rùn)線透水層不透水層土,8,滲流作用造成大壩塌方,§2,土的滲透性及水的滲流,,9,滲流作用造成大壩塌方§2 土的滲透性及水的滲流 9,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

6、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,滲水壓力,揚(yáng)壓力,滲流量,滲透變形,透水層,不透水層,基坑,板樁墻,板樁圍護(hù)下的基坑滲流,,概述,§2,土的滲透性及水的滲流,,10,滲水壓力揚(yáng)壓力滲流量滲透變形透水層不透水層基坑板樁墻板樁圍護(hù),滲流量,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,透水層,不透水層,天然水面,水井滲流,漏斗狀潛水面,,,Q,概述,§2,土的滲透性及水的滲流,,11,滲流量透水層不透水層天然水面水井滲流漏斗狀潛水面Q

7、概述§2,,,,,,,,,,,,,,滲流量,原地下水位,滲流時(shí)地下水位,渠道滲流,,概述,§2,土的滲透性及水的滲流,,12,滲流量原地下水位滲流時(shí)地下水位渠道滲流概述§2 土的滲透性及,,,,,,,,,,,,,,,滲流滑坡,滲流滑坡,概述,§2,土的滲透性及水的滲流,,13,滲流滑坡滲流滑坡概述§2 土的滲透性及水的滲流 13,滲流量,滲透變形,滲水壓力,滲流滑坡,土的滲透性及滲流穩(wěn)定,二維滲流及流網(wǎng),滲透力與滲透變形,揚(yáng)壓力,土坡穩(wěn)定分析,擋水建筑物,集水建筑物,引水結(jié)構(gòu)物,基坑等地下施工,多雨地區(qū)邊坡,概述,§2,土的滲透性及水的滲流,,14,滲流量滲透變形滲水壓力滲流滑坡土的滲透性及滲

8、流穩(wěn)定二維滲流及,第二章,,土的滲透性及水的滲流,,§2.3,滲透力與滲透變形,§2.1,土的滲透性與滲透規(guī)律,§2.2,平面滲流與流網(wǎng),15,第二章 土的滲透性及水的滲流 §2.3 滲透力與滲透變形,層狀地基的等效滲透系數(shù),野外測(cè)定方法－抽水試驗(yàn)和注水試驗(yàn)法,一．滲流中的水頭與水力坡降,3 滲透力與滲透變形,增大[i]：下游增加透水蓋重,一個(gè)高精度的流網(wǎng)圖，需經(jīng)過(guò)多次的修改后才能完成。,通解：兩個(gè)共軛調(diào)和函數(shù),與上下游水位變化無(wú)關(guān) Δh=const；,利用滲流場(chǎng)和電場(chǎng)均服從Laplace方程這一特點(diǎn)，按一定比例制作模型，用電場(chǎng)中的等勢(shì)線和流線來(lái)模擬滲流場(chǎng)中的等勢(shì)線和流線，以達(dá)到確定滲流

9、場(chǎng)中滲流要素的目的。,相反在以蓄水為目的的土壩中會(huì)由于滲透造成水量損失而出現(xiàn)需要擋水的問(wèn)題；,一．滲流中的水頭與水力坡降,其它邊界條件：滲出面、自由水面,層狀地基的等效滲透系數(shù),§2 土的滲透性及水的滲流,量測(cè)變量: V，t,第二章 土的滲透性及水的滲流,Ww= Vvγw+ Vsγw= Lγw,物理意義：?jiǎn)挝煌馏w內(nèi)土骨架所受到的滲透水流的拖曳力，它是體積力,管涌指在滲流作用下土體的細(xì)土粒在粗土粒形成的孔隙通道中發(fā)生移動(dòng)并被帶出的現(xiàn)象。,另外還有一些像污水的滲透引起地下水污染，地下水開(kāi)采引起大面積地面沉降及沼澤枯竭等地下水環(huán)境的問(wèn)題。,§2.1,土的滲透性與滲透規(guī)律,一．滲流中的水頭與水力

10、坡降,二．滲透試驗(yàn)與達(dá)西定律,三．滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素,四．層狀地基的等效滲透系數(shù),16,層狀地基的等效滲透系數(shù)§2.1 土的滲透性與滲透規(guī)律 一．滲,,,,,A,B,L,§2.1,土的滲透性與滲透規(guī)律,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,透水層,不透水層,基坑,板樁墻,,一．滲流中的水頭與水力坡降,§2,土的滲透性及水的滲流,,17,ABL§2.1土的滲透性與滲透規(guī)律 透水層不透水層基坑板樁墻,,,,,A,B,L,一．滲流中的水頭與水力坡降,,,,,h,1,h,2,z,A,z,

11、B,Δ,h,0,0,基準(zhǔn)面,水力坡降線,總水頭,－,單位重量水體所具有的能量,z,：位置水頭,u/,γ,w,：壓力水頭,V,2,/(2g),：,流速水頭,≈0,A,點(diǎn)總水頭：,B,點(diǎn)總水頭：,總水頭：,水力坡降：,§2.1,土的滲透性與滲透規(guī)律,水頭差：,測(cè)管水頭,§2,土的滲透性及水的滲流,,18,ABL一．滲流中的水頭與水力坡降h1h2zAzBΔh00基準(zhǔn),二. 滲透試驗(yàn)與達(dá)西定律,試驗(yàn)前提：層流,Δh↑，Q,↑,A↑，Q,↑,,L↑,，,Q,↓,,斷面平均流速,水力坡降,1.,滲透試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果,試驗(yàn)裝置：如圖,試驗(yàn)條件,:,h,1,，,A,，,L=const,量測(cè)變量,:,h,2,，,

12、V,，,T,Δh=h,1,-h,2,Q=V/T,§2.1,土的滲透性與滲透規(guī)律,§2,土的滲透性及水的滲流,,二. 滲透試驗(yàn)與達(dá)西定律試驗(yàn)前提：層流Δh↑，Q↑斷面平均流,19,2.,達(dá)西定律,滲透定律,在層流狀態(tài)的滲流中，滲透速度,v,與水力坡降,i,的一次方成正比，并與土的性質(zhì)有關(guān)。,二. 滲透試驗(yàn)與達(dá)西定律,,注意：,,,,,,,A,A,v,v,：假想滲流速度，土體試樣全斷面的平均滲流速度,v,s,：實(shí)際平均滲流速度，孔隙斷面的平均滲流速度,A,>,A,v,Q,＝,vA,,＝,v,s,A,v,k,:,反映土的透水性能的比例系數(shù)，稱為滲透系數(shù),物理意義：水力坡降,i,＝,1,時(shí)的滲流速度

13、,單位：,mm/s, cm/s, m/s, m/day,,§2.1,土的滲透性與滲透規(guī)律,§2,土的滲透性及水的滲流,,2.達(dá)西定律 滲透定律在層流狀態(tài)的滲流中，滲透速度v與水力坡,20,2.,達(dá)西定律,,適用條件：,層流（線性流）,§2.1,土的滲透性與滲透規(guī)律,二. 滲透試驗(yàn)與達(dá)西定律,巖土工程中的絕大多數(shù)滲流問(wèn)題，包括砂土或一般粘土，均屬層流范圍。,在粗粒土孔隙中，水流形態(tài)可能會(huì)隨流速增大呈紊流狀態(tài)，滲流不再服從達(dá)西定律。,可用雷諾數(shù),R,e,進(jìn)行判斷：,R,e,＜,5,時(shí)層流,,R,e,,＞,200,時(shí)紊流,,200,＞,,R,e,＞,5,時(shí)為過(guò)渡區(qū),,§2,土的滲透性及水的滲流,,

14、21,2. 達(dá)西定律 適用條件：層流（線性流）§2.1土的滲透性,層流,紊流,層流,紊流,§2,土的滲透性及水的滲流,,22,層流紊流層流紊流§2 土的滲透性及水的滲流 22,,2.,達(dá)西定律,（,1,）粗粒土：,①礫石類土中的滲流常不符合達(dá)西定律,②砂土中滲透速度,v,cr,=0.3-0.5cm/s,,i,v,o,v,cr,,,,,i,v,o,i,0,,,,,,,,兩種特例：,（,2,）粘性土：,致密的粘土,i,>,i,0,,,v,=,k,(,i,-,i,0,),§2.1,土的滲透性與滲透規(guī)律,二. 滲透試驗(yàn)與達(dá)西定律,§2,土的滲透性及水的滲流,,23,2. 達(dá)西定律（1）粗粒土：iv

15、ovcrivoi0 兩種特,三. 滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素,室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)定方法,野外試驗(yàn)測(cè)定方法,常水頭試驗(yàn)法,變水頭試驗(yàn)法,井孔抽水試驗(yàn),井孔注水試驗(yàn),1.,測(cè)定方法,,,§2.1,土的滲透性與滲透規(guī)律,§2,土的滲透性及水的滲流,,三. 滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素 室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)定方法常水頭試驗(yàn)法,24,室內(nèi)試驗(yàn)方法,1,—,常水頭試驗(yàn)法,三. 滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素,1.,測(cè)定方法,結(jié)果整理,試驗(yàn)裝置：如圖,試驗(yàn)條件,:,,Δ,h,，,A,，,L=const,量測(cè)變量,:,V,，,t,i=Δh/L,V=Qt=vAt,v=ki,,適用土類：透水性較大的砂性土,§2.1,土的滲透性與滲透規(guī)律,,

16、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,?,h,L,土樣,A,V,Q,室內(nèi)試驗(yàn)方法,2,—,變水頭試驗(yàn)法,透水性較小的粘性土,?,§2,土的滲透性及水的滲流,,第七次課至此詹,25,室內(nèi)試驗(yàn)方法1—常水頭試驗(yàn)法三. 滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素,三. 滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素,1.,測(cè)定方法,室內(nèi)試驗(yàn)方法,2,—,變水頭試驗(yàn)法,試驗(yàn)裝置：如圖,試驗(yàn)條件,:,,Δ,h,變化,，,A,，,L=const,量測(cè)變量,:,,Δh,，,t,§2.1,土的滲透性與滲透規(guī)律,,,,,,,,,,,,,,,,,土樣,A,,,t=t,1,?,h,1,t=t,2,

17、?,h,2,L,,Q,水頭,測(cè)管,開(kāi)關(guān),a,§2,土的滲透性及水的滲流,,26,三. 滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素 1. 測(cè)定方法 室內(nèi)試驗(yàn)方法,三. 滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素,1.,測(cè)定方法,室內(nèi)試驗(yàn)方法,2,—,變水頭試驗(yàn)法,結(jié)果整理,:,理論依據(jù),:,t,時(shí)刻：,,Δh,,dt,dh,dV,e,= - adh,dV,o,=kiAdt=k (,Δh/L)Adt,dV,e,=dV,o,流入量,：,流出量：,連續(xù)性條件：,-adh =k (,Δh/L)Adt,選擇幾組,Δh,1,,,,Δh,2,, t,，計(jì)算相應(yīng)的,k,，取平均值,§2.1,土的滲透性與滲透規(guī)律,,,,,,,,,,,,,,,,,土

18、樣,A,,,t=t,1,?,h,1,t=t,2,?,h,2,L,,Q,水頭,測(cè)管,開(kāi)關(guān),a,,?,h,dh,t,t+dt,§2,土的滲透性及水的滲流,,第七次課至此鐵,27,三. 滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素 1. 測(cè)定方法 室內(nèi)試驗(yàn)方法,野外測(cè)定方法－,抽水試驗(yàn)和注水試驗(yàn)法,優(yōu)點(diǎn)：可獲得現(xiàn)場(chǎng)較為可靠的平均滲透系數(shù),1.,測(cè)定方法,三. 滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,地下水位,≈,測(cè)壓管水面,井,,抽水量

19、,Q,r,1,r,r,2,dh,dr,h,1,h,h,2,不透水層,觀察井,A=2,π,rh,i=dh/dr,缺點(diǎn)：費(fèi)用較高，耗時(shí)較長(zhǎng),實(shí)驗(yàn)方法：,理論依據(jù)：,§2.1,土的滲透性與滲透規(guī)律,,積分,§2,土的滲透性及水的滲流,,第七次課至此城,野外測(cè)定方法－抽水試驗(yàn)和注水試驗(yàn)法優(yōu)點(diǎn)：可獲得現(xiàn)場(chǎng)較為可靠,28,§2 土的滲透性及水的滲流,土體內(nèi)細(xì)顆粒通過(guò)粗粒形成的孔隙通道移動(dòng),1 土的滲透性與滲透規(guī)律,§2 土的滲透性及水的滲流,3 滲透力與滲透變形,§2 土的滲透性及水的滲流,方向：與i方向一致（均質(zhì)土與滲流方向一致）,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生塌陷或潰口,物理意義：?jiǎn)挝煌馏w內(nèi)土骨架所受到的滲透水流的拖曳

20、力，它是體積力,水的問(wèn)題指在工程中由于水本身引起的工程問(wèn)題，比如基坑、隧道等開(kāi)挖工程中普遍存在地下水滲出而出現(xiàn)需要排水的問(wèn)題；,描述滲流場(chǎng)內(nèi)部的測(cè)管水頭的分布，是平面穩(wěn)定滲流的基本方程式之一,流速邊界條件：邊界流線,1土的滲透性與滲透規(guī)律,壓力水頭：水壓力所能引起的自由水面的升高，表示單位重量液體所具有的壓力勢(shì)能,i > i0, v = k(i - i0 ),可用雷諾數(shù)進(jìn)行判斷 ：,3 滲透力與滲透變形,孔隙比：是單位土體中孔隙體積的直接度量；,Fs: 安全系數(shù)1.,1土的滲透性與滲透規(guī)律,§2 土的滲透性及水的滲流,2.,影響因素,粒徑大小及級(jí)配,孔隙比,礦物成分,結(jié)構(gòu),,,三. 滲透系數(shù)

21、的測(cè)定及影響因素,飽和度（含氣量）,水的動(dòng)力粘滯系數(shù),§2.1,土的滲透性與滲透規(guī)律,§2,土的滲透性及水的滲流,,§2 土的滲透性及水的滲流2.影響因素 粒徑大小及級(jí)配三.,29,2.,影響因素,三. 滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素,§2.1,土的滲透性與滲透規(guī)律,粒徑大小及級(jí)配：,是土中孔隙直徑大小的主要影響因素；因由粗顆粒形成的大孔隙可被細(xì)顆粒充填，故土體孔隙的大小一般由細(xì)顆粒所控制。,（,1,）土粒特性的影響,孔隙比：,是單位土體中孔隙體積的直接度量；對(duì)于砂性土，滲透系數(shù),k,一般隨孔隙比,e,增大而增大。,礦物成分：,對(duì)粘性土，影響顆粒的表面力；不同粘土礦物之間滲透系數(shù)相差極大，其滲透性大

22、小的次序?yàn)楦邘X石,>,伊里石,>,蒙脫石；塑性指數(shù),Ip,綜合反映土的顆粒大小和礦物成份，常是滲透系數(shù)的參數(shù)。,結(jié)構(gòu)：,影響孔隙的構(gòu)成和方向性，對(duì)粘性土影響更大；在宏觀構(gòu)造上，天然沉積層狀粘性土層，常使得,k,水平,﹥,k,垂直,；在微觀結(jié)構(gòu)上，當(dāng)孔隙比相同時(shí)，凝聚結(jié)構(gòu)將比分散結(jié)構(gòu)具有更大的透水性。,§2,土的滲透性及水的滲流,,30,2.影響因素 三. 滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素 §2.1土的滲,飽和度,s,r,(%),滲透系數(shù),k(10,-3,cm/s),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,8,,7,,6,,5,,4,,3,,2,80

23、 90 100,飽和度的影響,流體粘滯性的影響,溫度高,粘滯性低,滲透系數(shù)大,封閉氣泡對(duì),k,影響很大，可減少有效滲透面積，還可以堵塞孔隙的通道,2.,影響因素,三. 滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素,§2.1,土的滲透性與滲透規(guī)律,（,2,）流體特性的影響,§2,土的滲透性及水的滲流,,31,飽和度 sr(%)滲透系數(shù)k(10-3cm/s)880,四,.,層狀地基的等效滲透系數(shù),等效滲透系數(shù),確立各層的,k,m,考慮滲流方向,天然土層多呈層狀,§2.1,土的滲透性與滲透規(guī)律,§2,土的滲透性及水的滲流,,四.層狀地基的等效滲透系數(shù)等效滲透系數(shù)確立各層的km天然土層,32

24、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,H,1,H,2,H,3,H,Δ,h,k,1,k,2,k,3,x,z,,q,1x,,q,3x,,q,2x,L,四,.,層狀地基的等效滲透系數(shù),1,1,2,2,不透水層,水平滲流,條件,:,等效滲透系數(shù),:,q,x,=v,x,H=k,x,iH,Σ,q,mx,=,Σ,k,m,i,m,H,m,§2.1,土的滲透性與滲透規(guī)律,§2,土的滲透性及水的滲流,,33,H1H2H3HΔhk1k2k3xzq1xq3xq2xL四.層,,,,,,H,1,

25、H,2,H,3,H,Δ,h,k,1,k,2,k,3,x,z,四,.,層狀地基的等效滲透系數(shù),豎直滲流,:,,v,承壓水,,條件,:,等效滲透系數(shù),:,§2.1,土的滲透性與滲透規(guī)律,,§2,土的滲透性及水的滲流,,34,H1H2H3HΔhk1k2k3xz四.層狀地基的等效滲透系數(shù),算例,,按層厚加權(quán)平均，由較大值控制,倒數(shù)按層厚加權(quán)平均，由較小值控制,四,.,層狀地基的等效滲透系數(shù),§2.1,土的滲透性與滲透規(guī)律,§2,土的滲透性及水的滲流,,算例 按層厚加權(quán)平均，由較大值控制倒數(shù)按層厚加權(quán)平均，由較小,35,§2.1,土的滲透性與滲透規(guī)律,第二章,,土的滲透性及水的滲流,,§2.2,平面滲流

26、與流網(wǎng),§2.3,滲透力與滲透變形,36,§2.1 土的滲透性與滲透規(guī)律 第二章 土的滲透性及水的滲,§2.2,平面滲流與流網(wǎng),,,,,,,,,,Δ,h,Δ,h,恒定,穩(wěn)定滲流,h=h(x,z), v=v(x,z),對(duì)單寬,dy=1,，取一微小單元,dx, dz,與時(shí)間無(wú)關(guān),,,,,,,x,z,,,,,,,§2,土的滲透性及水的滲流,,37,§2.2 平面滲流與流網(wǎng) ΔhΔh恒定穩(wěn)定滲流h=h(x,z,Laplace,方程,（基本方程）,連續(xù)性條件,達(dá)西定律,流線方程,假定,k,x,=,k,z,§2.2,,平面滲流與流網(wǎng),流線描述,水頭描述,勢(shì)函數(shù)的基本方程,流函數(shù)的基本方程,勢(shì)函數(shù),流

27、函數(shù),共軛調(diào)和，等值線正交,求解（流網(wǎng)）,,,邊界條件,基本要求,繪制方法,主要特點(diǎn),實(shí)際應(yīng)用,§2,土的滲透性及水的滲流,,38,Laplace方程連續(xù)性條件§2.2 平面滲流與流網(wǎng) 流線描,§2.2,,平面滲流與流網(wǎng),,連續(xù)性條件,一,.,平面滲流的基本方程及求解,1.,基本方程,水頭描述,§2,土的滲透性及水的滲流,,39,§2.2 平面滲流與流網(wǎng) 連續(xù)性條件一. 平面滲流的基本,§2 土的滲透性及水的滲流,有經(jīng)驗(yàn)性規(guī)律（散粒體多孔介質(zhì)特性）,§2 土的滲透性及水的滲流,室內(nèi)試驗(yàn)方法2—變水頭試驗(yàn)法,土壩、堤防、基坑等結(jié)構(gòu)物會(huì)由于管涌逐漸改變地基土內(nèi)的結(jié)構(gòu)而釀成破壞事故；,水頭邊界條

28、件：首尾等水頭線,室內(nèi)試驗(yàn)方法2—變水頭試驗(yàn)法,平面滲流的基本方程及求解,§2 土的滲透性及水的滲流,孔隙比：是單位土體中孔隙體積的直接度量；,第二章 土的滲透性及水的滲流,3 滲透力與滲透變形,與級(jí)配有關(guān)（不連續(xù)級(jí)配）,1土的滲透性與滲透規(guī)律,§2 土的滲透性及水的滲流,層狀地基的等效滲透系數(shù),ΔH= Δh/N: 相鄰等勢(shì)線間的水頭損失,土的滲透性及水的滲流,§2.2,,平面滲流與流網(wǎng),連續(xù)性條件,達(dá)西定律,Laplace,方程,描述滲流場(chǎng)內(nèi)部的測(cè)管水頭的分布，是平面穩(wěn)定滲流的基本方程式之一,,假定,,k,x,=k,z,,水頭描述,φ,∝,,h,：勢(shì)函數(shù),與滲透系數(shù)無(wú)關(guān),等價(jià)于水頭,一.

29、平面滲流的基本方程及求解,1.,基本方程,,,,§2,土的滲透性及水的滲流,,40,§2 土的滲透性及水的滲流§2.2 平面滲流與流網(wǎng) 連續(xù)性,§2.2,,平面滲流與流網(wǎng),1.,基本方程,流線描述,一. 平面滲流的基本方程及求解,,,,,,x,z,ψ,ψ,+d,ψ,dq,,同一條流線上，流函數(shù)的值為常數(shù)，流線不能相交,兩條流線流函數(shù)的差值等于其間通過(guò)的流量,,v,x,v,z,,,,dz,-dx,,(x,z),§2,土的滲透性及水的滲流,,41,§2.2 平面滲流與流網(wǎng) 1. 基本方程流線描述一. 平面滲,§2.2,,平面滲流與流網(wǎng),一. 平面滲流的基本方程及求解,流線描述,1.,基本方程,,

30、,Laplace,方程,1,）勢(shì)函數(shù)和流函數(shù)均滿足拉普拉斯方程,2,）勢(shì)函數(shù)等值線和流函數(shù),等值線,正交，任一點(diǎn)兩線的斜率互成負(fù)倒數(shù),3,）勢(shì)函數(shù)和流函數(shù)為共軛調(diào)和函數(shù)，兩者完備地描述了一滲流場(chǎng),,,,,,?,+d,?,?,?,?,+d,?,b,a,§2,土的滲透性及水的滲流,,42,§2.2 平面滲流與流網(wǎng) 一. 平面滲流的基本方程及求解,一. 平面滲流的基本方程及求解,2.,求解方法,,確定滲流場(chǎng)內(nèi)各點(diǎn)的測(cè)管水頭,h,的分布,基本方程,邊界條件,定解條件,,§2.2,,平面滲流與流網(wǎng),其它各量,§2,土的滲透性及水的滲流,,43,一. 平面滲流的基本方程及求解 2. 求解方法 確定滲流場(chǎng)

31、,一. 平面滲流的基本方程及求解,2.,求解方法,,邊界條件,§2.2,,平面滲流與流網(wǎng),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,透水層,不透水層,基坑,板樁墻,水頭邊界條件：,首尾等水頭線,,1,,2,流速邊界條件：,邊界流線,,3,其它邊界條件：滲出面、,自由水面,,1,,1,,2,,2,,,,§2,土的滲透性及水的滲流,,44,一. 平面滲流的基本方程及求解 2. 求解方法 邊界條件§,一. 平面滲流的基本方程及求解,2.,求解方法,,解析方法,試驗(yàn)比擬方法,（電比擬方法）,數(shù)值方

32、法,圖解法,流網(wǎng),——,近似求解方法,適用于邊界條件簡(jiǎn)單的情況,通解：兩個(gè)共軛調(diào)和函數(shù),勢(shì)函數(shù),Φ,(x,z),流函數(shù),Ψ,(x,z),等勢(shì)線,流線,相互正交,邊界條件,特定解,差分法、有限元方法，精度高，應(yīng)用愈來(lái)愈廣泛,利用滲流場(chǎng)和電場(chǎng)均服從,Laplace,方程這一特點(diǎn)，按一定比例制作模型，用電場(chǎng)中的等勢(shì)線和流線來(lái)模擬滲流場(chǎng)中的等勢(shì)線和流線，以達(dá)到確定滲流場(chǎng)中滲流要素的目的。,理論基礎(chǔ)：,解析法的結(jié)果,,,§2.2,,平面滲流與流網(wǎng),§2,土的滲透性及水的滲流,,45,一. 平面滲流的基本方程及求解 2. 求解方法 解析方法試,二.,流網(wǎng)的繪制及應(yīng)用,流 網(wǎng)——滲流場(chǎng)中的兩族相互正

33、交曲線——等勢(shì)線和流線所形成的網(wǎng)絡(luò)狀曲線簇。,流 線——水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的軌跡線。,等勢(shì)線——測(cè)管水頭相同的點(diǎn)之連線 。,流網(wǎng)法,——,通過(guò)繪制流線與勢(shì)線的網(wǎng)絡(luò)狀曲線簇來(lái)求解滲流問(wèn)題。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,H,△,h,0,§2.2,,平面滲流與流網(wǎng),§2,土的滲透性及水的滲流,,46,二.流網(wǎng)的繪制及應(yīng)用 流 網(wǎng)——滲流場(chǎng)中的兩族相互正,基本要求,1.,正交性：流線與等勢(shì)線（等水頭線）必

34、須正交,二.流網(wǎng)的繪制及應(yīng)用,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,H,△,h,0,,,l,s,,,l,s,2.,等間隔流線與等間隔等勢(shì)線形成的流網(wǎng)中，各個(gè)網(wǎng)格的長(zhǎng)寬比,c,應(yīng)為常數(shù)。取,c=1,，,即為曲邊正方形,3.,在邊界上滿足流場(chǎng)邊界條件要求，保證解的唯一性。,§2.2,,平面滲流與流網(wǎng),,,,,?,+d,?,?,?,?,+d,?,b,a,通解,,,數(shù)學(xué)描述,幾何表示,,§2,土的滲透性及水的滲流,,47

35、,基本要求1. 正交性：流線與等勢(shì)線（等水頭線）必須正交二.,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,A,B,C,D,l,s,H,△,h,0,0,,,l,s,二.流網(wǎng)的繪制及應(yīng)用,繪制方法,一個(gè)高精度的流網(wǎng)圖，需經(jīng)過(guò)多次的修改后才能完成。,根據(jù)滲流場(chǎng)的邊界條件,確定邊界流線和首尾等勢(shì)線,正交性,曲邊正方形,初步繪制流網(wǎng),流線→等勢(shì)線→反復(fù)修改，調(diào)整,,精度較高的流網(wǎng)圖,,,,§2.2,,平面滲流與流網(wǎng),工具：鉛

36、筆＋橡皮,§2,土的滲透性及水的滲流,,48,ABCDlsH△h00ls二.流網(wǎng)的繪制及應(yīng)用 繪制方法,主要特點(diǎn),與上下游水位變化無(wú)關(guān),Δh=const,；,與,k,無(wú)關(guān)；,等勢(shì)線上各點(diǎn)測(cè)管水頭,h,相等。,二.流網(wǎng)的繪制及應(yīng)用,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,H,△,h,0,,,l,s,,,l,s,§2.2,,平面滲流與流網(wǎng),§2,土的滲透性及水的滲流,,49,主要特點(diǎn)與上下游水位變化無(wú)關(guān) Δh=

37、const；二.流,測(cè)管水頭,,h,實(shí)際應(yīng)用,確定孔壓,確定流速,確定流量,二.流網(wǎng)的繪制及應(yīng)用,水力坡降,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,H,△,h,0,,,l,s,,,l,s,§2.2,,平面滲流與流網(wǎng),M:,流道數(shù),Δ,H=,Δ,h/N:,相鄰等勢(shì)線間的水頭損失,§2,土的滲透性及水的滲流,,50,測(cè)管水頭 h 實(shí)際應(yīng)用 確定孔壓 確定流速 確定流量二,Laplace,方程,（基本方程）,連續(xù)性

38、條件,達(dá)西定律,假定,k,x,=k,z,流線方程,水頭描述,勢(shì)函數(shù),流線描述,流函數(shù),共軛、正交,理論基礎(chǔ),邊界條件,小結(jié),§2.2,,平面滲流與流網(wǎng),求解,平面滲流的基本方程及求解,流網(wǎng)的繪制及應(yīng)用,實(shí)際應(yīng)用,基本要求,主要特點(diǎn),繪制方法,,§2,土的滲透性及水的滲流,,51,Laplace方程連續(xù)性條件水頭描述流線描述共軛、正交理論基,土的滲透性及水的滲流,,第二章,52,土的滲透性及水的滲流 第二章52,§2.1,土的滲透性與滲透規(guī)律,第二章,,土的滲透性及水的滲流,,§2.2,平面滲流與流網(wǎng),§2.3,滲透力與滲透變形,53,§2.1 土的滲透性與滲透規(guī)律 第二章 土的滲透性及水的滲

39、,§2.3,滲透力與滲透變形,一,.,滲透力,1,、試驗(yàn)觀察,滲透變形,滲透力,,二,.,滲透變形（滲透破壞）,2,、物理本質(zhì),3,、計(jì)算方法,土水整體分析,土水隔離分析,,54,§2.3 滲透力與滲透變形 一. 滲透力1、試驗(yàn)觀察滲透變,一,.,,滲透力,1,、試驗(yàn)觀察,Δh=0,靜水中，土骨架會(huì)受到浮力作用。,Δh>0,水在流動(dòng)時(shí)，水流受到來(lái)自土骨架的阻力，同時(shí)流動(dòng)的孔隙水對(duì)土骨架產(chǎn)生一個(gè)摩擦、拖曳力。,滲透力,j,,——,滲透作用中，孔隙水對(duì)土骨架的作用力，方向與滲流方向一致。,,,,,,,,,,,,,,h,1,Δ,h,h,2,0,0,,,h,w,L,,土樣,濾網(wǎng),貯水器,a,b,§2

40、.3,,滲透力與滲透變形,§2,土的滲透性及水的滲流,,55,一. 滲透力1、試驗(yàn)觀察Δh=0 靜水中，土骨架會(huì)受到浮,一. 滲透力,,,,,h,1,Δ,h,,,,,,,,,,,h,2,0,0,,,h,w,L,土樣,濾網(wǎng),貯水器,a,b,,,,,,,,,,,,土粒,滲 流,j,§2.3,,滲透力與滲透變形,滲透力與浮力有何區(qū)別？,2,、物理本質(zhì),§2,土的滲透性及水的滲流,,56,一. 滲透力h1Δhh200hwL土樣濾網(wǎng)貯水器ab土粒滲,,,,,,,,,,,h,2,0,0,,,h,w,L,土樣,濾網(wǎng),貯水器,a,b,,,,,,,,,,,,,,,,,P,2,W,P,1,R,靜水中

41、的土體,A=1,W,=,L,γ,sat,＝,L(,γ,?,+,,γ,w,),P,1,,=,γ,w,h,w,P,2,,=,γ,w,h,2,R = ?,R + P,2,= W + P,1,R +,γ,w,h,2,= L(,γ,?,+,γ,w,) +,γ,w,h,w,,R =,γ,?,,L,土水整體分析,§2.3,,滲透力與滲透變形,一. 滲透力,3,、計(jì)算方法,§2,土的滲透性及水的滲流,,57,h200hwL土樣濾網(wǎng)貯水器abP2WP1R靜水中的土體A=,,,,,h,1,Δ,h,,,,,,,,,,,h,2,0,0,,,h,w,L,土樣,濾網(wǎng),貯水器,a,b,,,,,,,,,,,,,,,,,P,2

42、,W,P,1,R,靜水中的土體,A=1,W,=,L,γ,sat,＝,L(,γ,?,+,,γ,w,),P,1,,=,γ,w,h,w,P,2,,=,γ,w,h,1,R = ?,R + P,2,= W + P,1,R +,γ,w,h,1,= L(,γ,?,+,γ,w,) +,γ,w,h,w,,R =,γ,?,L,－,γ,w,Δ,h,R =,γ,?,,L,滲流中的土體,§2.3,,滲透力與滲透變形,一. 滲透力,土水整體分析,3,、計(jì)算方法,§2,土的滲透性及水的滲流,,58,h1Δhh200hwL土樣濾網(wǎng)貯水器abP2WP1R靜水中的,,,,,h,1,Δ,h,,,,,,,,,,,h,2,0,0,,,

43、h,w,L,土樣,濾網(wǎng),貯水器,a,b,,,,,,,,,,,,,,,,,P,2,W,P,1,R,靜水中的土體,A=1,R =,γ,?,,L,－,γ,w,Δ,h,R =,γ,?,,L,滲流中的土體,向上滲流存在時(shí)，濾網(wǎng)支持力減少,減少的部分由誰(shuí)承擔(dān)？,水與土之間的作用力－滲流的拖曳力,總滲透力,J =,γ,w,Δ,h,滲透力,j = J/V =,γ,w,Δ,h/L =,γ,w,i,j =,γ,w,i,,§2.3,,滲透力與滲透變形,一. 滲透力,土水整體分析,3,、計(jì)算方法,§2,土的滲透性及水的滲流,,59,h1Δhh200hwL土樣濾網(wǎng)貯水器abP2WP1R靜水中的,,,,,h,1,Δ,h,

44、,,,,,,,,,,h,2,0,0,,,h,w,L,土樣,濾網(wǎng),貯水器,a,b,,,,,,,,,,,,,,,,,P,2,W,P,1,R,A=1,R =,γ,?,,L,－,γ,w,Δ,h,滲流中的土體所受濾網(wǎng)支持力,向上滲流存在時(shí)，濾網(wǎng)支持力減少,臨界水力坡降,i =,Δ,h/L =,γ,?,,/,γ,w,i,cr,=,γ,?,/,γ,w,γ,?,,L,－,γ,w,Δ,h = 0,§2.3,,滲透力與滲透變形,一. 滲透力,土水整體分析,3,、計(jì)算方法,,§2,土的滲透性及水的滲流,,60,h1Δhh200hwL土樣濾網(wǎng)貯水器abP2WP1RA=1R,,,,,,,,,,,,,,,,,P,2,W,

45、P,1,R,,,,,h,1,Δ,h,,,,,,,,,,,h,2,0,0,,,h,w,L,土樣,濾網(wǎng),貯水器,a,b,A=1,P,1,+ W,w,+ J,?,,= P,2,水體的平衡條件,j =,γ,w,i,γ,w,h,w,+,γ,w,L + j,?,,L=,,γ,w,h,1,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,W,’,J,W,w,J,’,=,R,+,P,2,P,1,P,1,,=,γ,w,h,w,P,2,,=,γ,w,h,1,W,w,= V,v,γ,w,+ V,s,γ,w,= L,γ,w,土水隔離分析,§2.3,,滲透力與滲透變形,一. 滲透力,3,、計(jì)算方法,§2,土

46、的滲透性及水的滲流,,61,P2WP1Rh1Δhh200hwL土樣濾網(wǎng)貯水器abA=1P,滲透力的性質(zhì),物理意義：?jiǎn)挝煌馏w內(nèi)土骨架所受到的滲透水流的拖曳力，它是體積力,j =,γ,w,i,大?。?方向：與,i,方向一致（均質(zhì)土與,滲流方向一致）,作用對(duì)象：土骨架,§2.3,,滲透力與滲透變形,一. 滲透力,§2,土的滲透性及水的滲流,,62,滲透力的性質(zhì)物理意義：?jiǎn)挝煌馏w內(nèi)土骨架所受到的滲透水流的拖曳,利用流網(wǎng)求滲透力,復(fù)雜條件,總滲透力,,大 ?。?j,?,網(wǎng)格面積,方 向：與,i,方向一致（均質(zhì)土：流線）,作用點(diǎn)：形心,流網(wǎng)較密處,i,較大，該處滲透力也大,不同位置的滲透力對(duì)土

47、體穩(wěn)定性的影響不同,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,H,△,h,0,,,l,s,,,l,s,§2.3,,滲透力與滲透變形,一. 滲透力,§2,土的滲透性及水的滲流,,63,利用流網(wǎng)求滲透力復(fù)雜條件總滲透力流網(wǎng)較密處i較大，該處滲透力,基本類型,二,.,滲透變形（滲透破壞）,流土,管涌,土工建筑物及地基由于滲流作用而出現(xiàn)的變形或破壞,形成條件,防治措施,,§2.3,,滲透力與滲透變形,§2,土的滲透性及水的滲

48、流,,64,基本類型 二.滲透變形（滲透破壞） 流土管涌土工建筑物及地基,,,,粘性土,k,1,<

49、土中形成與地表貫通的管道。,管涌,管涌破壞,§2.3,,滲透力與滲透變形,二,.,滲透變形（滲透破壞）,§2,土的滲透性及水的滲流,,66,1. 基本類型 管涌原因：內(nèi)因—— 有足夠多的粗顆粒形成大于,1.,基本類型,流土與管涌的比較,流土,土體局部范圍的顆粒同時(shí)發(fā)生移動(dòng),管涌,只發(fā)生在水流滲出的表層,只要滲透力足夠大，可發(fā)生在任何土中,破壞過(guò)程短,導(dǎo)致下游坡面產(chǎn)生局部滑動(dòng)等,現(xiàn)象,位置,土類,歷時(shí),后果,土體內(nèi)細(xì)顆粒通過(guò)粗粒形成的孔隙通道移動(dòng),可發(fā)生于土體內(nèi)部和滲流溢出處,一般發(fā)生在特定級(jí)配的無(wú)粘性土或分散性粘土,破壞過(guò)程相對(duì)較長(zhǎng),導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生塌陷或潰口,二,.,滲透變形,§2.3,,滲透力

50、與滲透變形,§2,土的滲透性及水的滲流,,67,1. 基本類型 流土與管涌的比較 流土土體局部范圍的顆粒同時(shí),2.,形成條件,F,s,:,,安全系數(shù),1.5～2.,0,二,.,滲透變形,[ i ] :,允許坡降,i < i,cr,:,i =,,i,cr,:,i > i,cr,:,土體處于穩(wěn)定狀態(tài),土體發(fā)生流土破壞,土體處于臨界狀態(tài),流土,經(jīng)驗(yàn)判斷：,§2.3,,滲透力與滲透變形,無(wú)壓重時(shí)：,§2,土的滲透性及水的滲流,,68,2.形成條件Fs: 安全系數(shù)1.5～2.0二.滲透變形 [,較均勻土,（,Cu,≤,10）,二,.,滲透變形,2.,形成條件,管涌,幾何條件,水力條件,一般發(fā)生在無(wú)粘性

51、土中,級(jí)配,孔隙及細(xì)粒,判定,非管涌土,粗粒形成的孔隙通道小于細(xì)粒徑,不均,勻土,（,Cu>10,）,不連續(xù),連續(xù),D,0,=0.25d,20,細(xì)粒含量,>35%,細(xì)粒含量,<25%,細(xì)粒含量,=25-35%,D,0,,<,d,3,D,0,,>,d,5,D,0,= d,3,-d,5,管涌土,過(guò)渡型土,非管涌土,非管涌土,管涌土,過(guò)渡型土,,,,,,,,,,,,,,,,幾何條件,,,,P(%),lgd,骨架,充填料,P,5,3,d,5,d,3,§2.3,,滲透力與滲透變形,§2,土的滲透性及水的滲流,,69,較均勻土二.滲透變形 2.形成條件管涌幾何條件水力條件一般發(fā),水力條件：,i > i,c

52、r,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,5 10 15 20 25 30 35 40,2.0,,1.5,,1.0,,0.5,,0,i,cr,C,u,流土,過(guò)渡,管涌,二,.,滲透變形,2.,形成條件,Cu > 20,時(shí),,,i,cr,=0.25-0.30,[i]=0.10-0.15,蘇聯(lián)：,中國(guó)：,水力坡降,級(jí)配連續(xù)土,級(jí)配不連續(xù)土,破壞坡降,i,cr,0.20-0.40,0.1-0.3,允許坡降,[i],0.15-0.25,0.1-0.2,§2.3,,滲透力與滲透變形,§2,土的滲透性及水的滲流,,70,水力條件

53、：i > icr5 10 15,管涌與流土的比較,,管涌,流土,1,,與級(jí)配有關(guān)（不連續(xù)級(jí)配）,與級(jí)配無(wú)關(guān)（各種級(jí)配土均可發(fā)生）,2,水利坡降,i,較小也會(huì)發(fā)生,需滲透力,3,土體中任何部位,滲流出口處,4,沿土體中任何方向,與重力方向相反,,71,管涌與流土的比較管涌流土1與級(jí)配有關(guān)（不連續(xù)級(jí)配）與級(jí)配無(wú)關(guān),流土,§2,土的滲透性及水的滲流,,72,流土§2 土的滲透性及水的滲流 72,流土,§2,土的滲透性及水的滲流,,73,流土§2 土的滲透性及水的滲流 73,,圖為發(fā)生在上海黃浦江隧道施工中流土帶來(lái)的災(zāi)害。施工中發(fā)生滲水后，隨后出現(xiàn)大量流砂涌入施工中的隧道，導(dǎo)致中山南路

54、部分地面下沉，建筑傾斜,。,§2,土的滲透性及水的滲流,,74,圖為發(fā)生在上海黃浦江隧道施工中流土帶來(lái),管涌,管涌指在滲流作用下土體的細(xì)土粒在粗土粒形成的孔隙通道中發(fā)生移動(dòng)并被帶出的現(xiàn)象。主要發(fā)生在砂礫土中。,§2,土的滲透性及水的滲流,,75,管涌管涌指在滲流作用下土體的細(xì)土粒在粗土粒形成的孔隙通道中發(fā),,圖為發(fā)生在湖南望城湘江大堤最大的管涌。由于暴雨使湘江水猛長(zhǎng)，使土體中的水力坡降增加，加之土結(jié)構(gòu)的幾何原因，發(fā)生了圖中的管涌。沙袋用來(lái)提高逸出口水位，以降低水力坡降。此外還拋了一些大的礫石形成反濾層。,§2,土的滲透性及水的滲流,,76,圖為發(fā)生在湖南望城湘江大堤最大的管涌。由于暴雨使湘江水

55、猛,管涌,§2,土的滲透性及水的滲流,,77,管涌§2 土的滲透性及水的滲流 77,管涌,§2,土的滲透性及水的滲流,,78,管涌§2 土的滲透性及水的滲流 78,3.,防治措施,增大[,i],：下游增加透水蓋重,二,.,滲透變形,防治流土,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,土石壩,防滲斜墻及鋪蓋,浸潤(rùn)線,透水層,不透水層,減小,i,：上游延長(zhǎng)滲徑；,下游減小水壓,防治管涌,改善幾何條件：設(shè)反濾層等,改善水力條件：減小滲透坡降,§2.3,,滲

56、透力與滲透變形,§2,土的滲透性及水的滲流,,79,3. 防治措施 增大[i]：下游增加透水蓋重 二.滲透變形,管涌的治理,反濾倒?jié)B,§2,土的滲透性及水的滲流,,80,管涌的治理反濾倒?jié)B§2 土的滲透性及水的滲流 80,管涌的治理,反濾圍井,§2,土的滲透性及水的滲流,,81,管涌的治理反濾圍井§2 土的滲透性及水的滲流 81,管涌的治理,蓄水反壓,§2,土的滲透性及水的滲流,,82,管涌的治理蓄水反壓§2 土的滲透性及水的滲流 82,小結(jié),工程實(shí)例,滲流問(wèn)題,土的滲透性及滲透規(guī)律,二維滲流及流網(wǎng),滲透力與滲透變形,滲流中的水頭與水力坡降,滲透試驗(yàn)與達(dá)西定律,滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素,層狀

57、地基的等效滲透系數(shù),平面滲流的基本方程及求解,流網(wǎng)的繪制及應(yīng)用,滲透力：,概念與計(jì)算,滲透變形：,類型，條件，防治,,,,§2,土的滲透性及水的滲流,,83,小結(jié)工程實(shí)例滲流問(wèn)題土的滲透性及滲透規(guī)律二維滲流及流網(wǎng)滲透力,位置水頭：到基準(zhǔn)面的豎直距離，代表單位重量的液體從基準(zhǔn)面算起所具有的位置勢(shì)能,壓力水頭：水壓力所能引起的自由水面的升高，表示單位重量液體所具有的壓力勢(shì)能,測(cè)管水頭：測(cè)管水面到基準(zhǔn)面的垂直距離，等于位置水頭和壓力水頭之和，表示單位重量液體的總勢(shì)能,在靜止液體中各點(diǎn)的測(cè)管水頭相等,位置、壓力和測(cè)管水頭,,,,z,A,0,0,A,B,,,,u,0,?,p,a,,,,,z,B,基準(zhǔn)面,

58、靜水,84,位置水頭：到基準(zhǔn)面的豎直距離，代表單位重量的液體從基準(zhǔn)面算起,水流動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力,水往低處流,水往高處“跑”,,,,速度,v,,壓力,u,位置：使水流從位置勢(shì)能高處流向位置勢(shì)能低處,流速：水具有的動(dòng)能,壓力：水所具有的壓力勢(shì)能,也可使水流發(fā)生流動(dòng),,85,水流動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力水往低處流水往高處“跑”速度v壓力u位置：使水,位置勢(shì)能：,mgz,,壓力勢(shì)能：,,0,0,基準(zhǔn)面,,,,,,,,,,,質(zhì)量,m,壓力,u,流速,v,z,,,,動(dòng)能：,,總能量：,稱為總水頭，是水流動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力,單位重量水流的能量：,水流動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力,-,水頭,86,位置勢(shì)能：mgz壓力勢(shì)能：00基準(zhǔn)面質(zhì)量 mz動(dòng)能：總能量

59、：,,滲流中的水頭與水力坡降,,,,,A,B,L,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,透水層,不透水層,基坑,板樁墻,,滲流為水體的流動(dòng)，應(yīng)滿足液體流動(dòng)的三大基本方程：連續(xù)性方程、能量方程、動(dòng)量方程,,87,滲流中的水頭與水力坡降A(chǔ)BL透水層不透水層基坑板樁墻滲流為水,,,,,,A,B,L,,,h,A,z,A,基準(zhǔn)面,總水頭：,單位重量水體所具有的能量,位置水頭,Z,：水體的位置勢(shì)能（任選基準(zhǔn)面）,壓力水頭,u/,?,w,：水體的壓力勢(shì)能（,u,孔隙水壓力）,流速水頭,V,2,/(2

60、g),：水體的動(dòng)能（對(duì)滲流多處于層流,≈0,）,滲流的總水頭：,滲流問(wèn)題的水頭,,也稱測(cè)管水頭，是滲流的總驅(qū)動(dòng)能，滲流總是從水頭高處流向水頭低處,88,ABLhAzA基準(zhǔn)面 總水頭：?jiǎn)挝恢亓克w所具有的能量 位置,A,點(diǎn)總水頭：,水力坡降,,,,,,A,B,L,,,,,h,A,h,B,z,A,z,B,Δ,h,基準(zhǔn)面,水力坡降線,B,點(diǎn)總水頭：,二點(diǎn)總水頭差：反映了兩點(diǎn)間水流由于摩阻力造成的能量損失,水力坡降,i,：?jiǎn)挝粷B流長(zhǎng)度上的水頭損失,89,A點(diǎn)總水頭：水力坡降A(chǔ)BLhAhBzAzBΔh基準(zhǔn)面水力坡,達(dá)西滲透試驗(yàn),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,L,A,h,1,h,2,Q,Q,透水石

61、,,,,,,,,,,,,,,1856,年達(dá)西,(Darcy),在研究城市供水問(wèn)題時(shí)進(jìn)行的滲流試驗(yàn),,或：,其中，,A,是試樣的斷面積,90,達(dá)西滲透試驗(yàn)LAh1h2QQ透水石1856 年達(dá)西(Darc,達(dá)西定律,,達(dá)西定律：在層流狀態(tài)的滲流中，滲透速度,v,與水力坡降,i,的一次方成正比，并與土的性質(zhì)有關(guān),滲透系數(shù),k:,反映土的透水性能的比例系數(shù)，其物理意義為水力坡降,i,＝,1,時(shí)的滲流速度，單位：,cm/s, m/s, m/day,滲透速度,v,：土體試樣全斷面的平均滲流速度，也稱假想滲流速度,其中，,V,s,為實(shí)際平均流速，孔隙斷面的平均流速,91,達(dá)西定律達(dá)西定律：在層流狀態(tài)的滲流中

62、，滲透速度v與水力坡降i,達(dá)西定律的適用范圍,適用條件：層流（線性流動(dòng)）,巖土工程中的絕大多數(shù)滲流問(wèn)題，包括砂土或一般粘土，均屬層流范圍,在粗粒土孔隙中，水流形態(tài)可能會(huì)隨流速增大呈紊流狀態(tài)，滲流不再服從達(dá)西定律?？捎美字Z數(shù)進(jìn)行判斷 ：,,,,,,,,,,0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5,達(dá)西定律,適用范圍,2.0,1.5,1.0,0.5,0,水力坡降,流速 (,m/h),礫石,粗砂,中砂,細(xì)砂,極細(xì)砂,,h,10,d,v,R,e,?,=,R,e,＜,5,時(shí)層流,,R,e,,＞,200,時(shí)紊流,,200,＞,,R,e,＞,5,時(shí)為過(guò)渡區(qū),,,92,達(dá)西定律的適用范圍 適用條件：層流（線性流動(dòng)）巖土工程中的絕,