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)驗性規(guī)律（散粒體多孔介質(zhì)特性）,,注重對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,滲流,水、氣等在土體孔隙中流動的現(xiàn)象,滲透性,土具有被水、氣等流體透過的性質(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)重時還會釀成破壞事故。,,土的滲透性的強(qiáng)弱，對土體的固結(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，一方面會造成水量的損失，影響工程效益；另一,水的問題,水的問題指在工程中由于水本身引起的工程問題，比如基坑、隧道等開挖工程中普遍存在地下水滲出而出現(xiàn)需要排水的問題；相反在以蓄水為目的的土壩中會由于滲透造成水量損失而出現(xiàn)需要擋水的問題；另外還有一些像污水的滲透引起地下水污染，地下水開采引起大面積地面沉降及沼澤枯竭等地下水環(huán)境的問題。也就是說，水自身的量（涌水量，滲水量）、質(zhì)（水質(zhì)）、賦存位置（地下水位）的變化所引起的問題。

4、,§2,土的滲透性及水的滲流,,6,水的問題水的問題指在工程中由于水本身引起的工程問題，比如基坑,土的問題,土的問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采造成的地面下沉問題。,§2,土的滲透性及水的滲流,,7,土的問題土的問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),野外測定方法－抽水試驗和注水試驗法,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,一個高精度的流網(wǎng)圖，需經(jīng)過多次的修改后才能完成。,通解：兩個共軛調(diào)和函數(shù),與上下游水位變化無關(guān) Δh=const；,利用滲流場和電場均服從Laplace方程這一特點(diǎn)，按一定比例制作模型，用電場中的等勢線和流線來模擬滲流場中的等勢線和流線，以達(dá)到確定滲流

9、場中滲流要素的目的。,相反在以蓄水為目的的土壩中會由于滲透造成水量損失而出現(xiàn)需要擋水的問題；,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：單位土體內(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，地下水開采引起大面積地面沉降及沼澤枯竭等地下水環(huán)境的問題。,§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．滲透試驗與達(dá)西定律,三．滲透系數(shù)的測定及影響因素,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. 滲透試驗與達(dá)西定律,試驗前提：層流,Δh↑，Q,↑,A↑，Q,↑,,L↑,，,Q,↓,,斷面平均流速,水力坡降,1.,滲透試驗,試驗結(jié)果,試驗裝置：如圖,試驗條件,:,h,1,，,A,，,L=const,量測變量,:,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. 滲透試驗與達(dá)西定律試驗前提：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. 滲透試驗與達(dá)西定律,巖土工程中的絕大多數(shù)滲流問題，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,時層流,,R,e,,＞,200,時紊流,,200,＞,,R,e,＞,5,時為過渡區(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)的測定及影響因素,室內(nèi)試驗測定方法,野外試驗測定方法,常水頭試驗法,變水頭試驗法,井孔抽水試驗,井孔注水試驗,1.,測定方法,,,§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)的測定及影響因素 室內(nèi)試驗測定方法常水頭試驗法,24,室內(nèi)試驗方法,1,—,常水頭試驗法,三. 滲透系數(shù)的測定及影響因素,1.,測定方法,結(jié)果整理,試驗裝置：如圖,試驗條件,:,,Δ,h,，,A,，,L=const,量測變量,:,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)試驗方法,2,—,變水頭試驗法,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)試驗方法1—常水頭試驗法三. 滲透系數(shù)的測定及影響因素,三. 滲透系數(shù)的測定及影響因素,1.,測定方法,室內(nèi)試驗方法,2,—,變水頭試驗法,試驗裝置：如圖,試驗條件,:,,Δ,h,變化,，,A,，,L=const,量測變量,:,,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,測管,開關(guān),a,§2,土的滲透性及水的滲流,,26,三. 滲透系數(shù)的測定及影響因素 1. 測定方法 室內(nèi)試驗方法,三. 滲透系數(shù)的測定及影響因素,1.,測定方法,室內(nèi)試驗方法,2,—,變水頭試驗法,結(jié)果整理,:,理論依據(jù),:,t,時刻：,,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,測管,開關(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)的測定及影響因素 1. 測定方法 室內(nèi)試驗方法,野外測定方法－,抽水試驗和注水試驗法,優(yōu)點(diǎn)：可獲得現(xiàn)場較為可靠的平均滲透系數(shù),1.,測定方法,三. 滲透系數(shù)的測定及影響因素,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,地下水位,≈,測壓管水面,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，耗時較長,實驗方法：,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,野外測定方法－抽水試驗和注水試驗法優(yōu)點(diǎn)：可獲得現(xiàn)場較為可靠,28,§2 土的滲透性及水的滲流,土體內(nèi)細(xì)顆粒通過粗粒形成的孔隙通道移動,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：單位土體內(nèi)土骨架所受到的滲透水流的拖曳

20、力，它是體積力,水的問題指在工程中由于水本身引起的工程問題，比如基坑、隧道等開挖工程中普遍存在地下水滲出而出現(xiàn)需要排水的問題；,描述滲流場內(nèi)部的測管水頭的分布，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,粒徑大小及級配,孔隙比,礦物成分,結(jié)構(gòu),,,三. 滲透系數(shù)

21、的測定及影響因素,飽和度（含氣量）,水的動力粘滯系數(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 粒徑大小及級配三.,29,2.,影響因素,三. 滲透系數(shù)的測定及影響因素,§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、小的次序為高嶺石,>,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，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,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),對單寬,dy=1,，取一微小單元,dx, dz,與時間無關(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,勢函數(shù)的基本方程,流函數(shù)的基本方程,勢函數(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)試驗方法2—變水頭試驗法,土壩、堤防、基坑等結(jié)構(gòu)物會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)試驗方法2—變水頭試驗法,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,與級配有關(guān)（不連續(xù)級配）,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,描述滲流場內(nèi)部的測管水頭的分布，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,：勢函數(shù),與滲透系數(shù)無關(guān),等價于水頭,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,）勢函數(shù)和流函數(shù)均滿足拉普拉斯方程,2,）勢函數(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,,,,,,?,+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,,確定滲流場內(nèi)各點(diǎn)的測管水頭,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

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,適用于邊界條件簡單的情況,通解：兩個共軛調(diào)和函數(shù),勢函數(shù),Φ,(x,z),流函數(shù),Ψ,(x,z),等勢線,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)用愈來愈廣泛,利用滲流場和電場均服從,Laplace,方程這一特點(diǎn)，按一定比例制作模型，用電場中的等勢線和流線來模擬滲流場中的等勢線和流線，以達(dá)到確定滲流場中滲流要素的目的。,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)——滲流場中的兩族相互正

33、交曲線——等勢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)動的軌跡線。,等勢線——測管水頭相同的點(diǎn)之連線 。,流網(wǎng)法,——,通過繪制流線與勢線的網(wǎng)絡(luò)狀曲線簇來求解滲流問題。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,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)——滲流場中的兩族相互正,基本要求,1.,正交性：流線與等勢線（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線形成的流網(wǎng)中，各個網(wǎng)格的長寬比,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,一個高精度的流網(wǎng)圖，需經(jīng)過多次的修改后才能完成。,根據(jù)滲流場的邊界條件,確定邊界流線和首尾等勢線,正交性,曲邊正方形,初步繪制流網(wǎng),流線→等勢線→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關(guān),Δh=const,；,與,k,無關(guān)；,等勢線上各點(diǎn)測管水頭,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關(guān) Δh=

37、const；二.流,測管水頭,,h,實際應(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:,相鄰等勢線間的水頭損失,§2,土的滲透性及水的滲流,,50,測管水頭 h 實際應(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、試驗觀察滲透變,一,.,,滲透力,1,、試驗觀察,Δh=0,靜水中，土骨架會受到浮力作用。,Δh>0,水在流動時，水流受到來自土骨架的阻力，同時流動的孔隙水對土骨架產(chǎn)生一個摩擦、拖曳力。,滲透力,j,,——,滲透作用中，孔隙水對土骨架的作用力，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、試驗觀察Δh=0 靜水中，土骨架會受到浮,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，濾網(wǎng)支持力減少,減少的部分由誰承擔(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，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：單位土體內(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,大小：,方向：與,i,方向一致（均質(zhì)土與,滲流方向一致）,作用對象：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：單位土體內(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發(fā)生移動,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,破壞過程短,導(dǎo)致下游坡面產(chǎn)生局部滑動等,現(xiàn)象,位置,土類,歷時,后果,土體內(nèi)細(xì)顆粒通過粗粒形成的孔隙通道移動,可發(fā)生于土體內(nèi)部和滲流溢出處,一般發(fā)生在特定級配的無粘性土或分散性粘土,破壞過程相對較長,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,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)驗判斷：,§2.3,,滲透力與滲透變形,無壓重時：,§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)生在無粘性

51、土中,級配,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,過渡型土,非管涌土,非管涌土,管涌土,過渡型土,,,,,,,,,,,,,,,,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,過渡,管涌,二,.,滲透變形,2.,形成條件,Cu > 20,時,,,i,cr,=0.25-0.30,[i]=0.10-0.15,蘇聯(lián)：,中國：,水力坡降,級配連續(xù)土,級配不連續(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,,與級配有關(guān)（不連續(xù)級配）,與級配無關(guān)（各種級配土均可發(fā)生）,2,水利坡降,i,較小也會發(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與級配有關(guān)（不連續(xù)級配）與級配無關(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,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，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,浸潤線,透水層,不透水層,減小,i,：上游延長滲徑；,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),工程實例,滲流問題,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,滲透試驗與達(dá)西定律,滲透系數(shù)的測定及影響因素,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)工程實例滲流問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能,測管水頭：測管水面到基準(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能,在靜止液體中各點(diǎn)的測管水頭相等,位置、壓力和測管水頭,,,,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,水流動的驅(qū)動力,水往低處流,水往高處“跑”,,,,速度,v,,壓力,u,位置：使水流從位置勢能高處流向位置勢能低處,流速：水具有的動能,壓力：水所具有的壓力勢能,也可使水流發(fā)生流動,,85,水流動的驅(qū)動力水往低處流水往高處“跑”速度v壓力u位置：使水,位置勢能：,mgz,,壓力勢能：,,0,0,基準(zhǔn)面,,,,,,,,,,,質(zhì)量,m,壓力,u,流速,v,z,,,,動能：,,總能量：,稱為總水頭，是水流動的驅(qū)動力,單位重量水流的能量：,水流動的驅(qū)動力,-,水頭,86,位置勢能：mgz壓力勢能：00基準(zhǔn)面質(zhì)量 mz動能：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，應(yīng)滿足液體流動的三大基本方程：連續(xù)性方程、能量方程、動量方程,,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,：水體的位置勢能（任選基準(zhǔn)面）,壓力水頭,u/,?,w,：水體的壓力勢能（,u,孔隙水壓力）,流速水頭,V,2,/(2

60、g),：水體的動能（對滲流多處于層流,≈0,）,滲流的總水頭：,滲流問題的水頭,,也稱測管水頭，是滲流的總驅(qū)動能，滲流總是從水頭高處流向水頭低處,88,ABLhAzA基準(zhǔn)面 總水頭：單位重量水體所具有的能量 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,：單位滲流長度上的水頭損失,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,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,L,A,h,1,h,2,Q,Q,透水石

61、,,,,,,,,,,,,,,1856,年達(dá)西,(Darcy),在研究城市供水問題時進(jìn)行的滲流試驗,,或：,其中，,A,是試樣的斷面積,90,達(dá)西滲透試驗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）,巖土工程中的絕大多數(shù)滲流問題，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,時層流,,R,e,,＞,200,時紊流,,200,＞,,R,e,＞,5,時為過渡區(qū),,,92,達(dá)西定律的適用范圍 適用條件：層流（線性流動）巖土工程中的絕,