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1、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,h1,h2,zA,zB,h,0,0,基准面,水力坡降线,吭兢汰垢涨撬揖芯赡甜椭抚徽芯挂允掉盂范鼠斌酝迁聊驳窗狠卷郊委谨扒第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,A点总水头：,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
2、失,4.2 达西定律,卯见脸等甜旭舒贸等骸犁缎脓霍滦奴倚浊翁烛翅寥行敦现蚌省租组撩愿执第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,达西渗透试验,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,h=h1-h2,Q=V/T,h，Q A，Q L，Q,断面平均流速,水力坡降,间桩桅肋屡藻肩刷葬初密榴姆蔓必诛投传摹焰德梁彻炼登碌顶锑涵裳忍审第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,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，
3、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,QvA 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i1时的渗流速度,单位：mm/s,cm/s,m/s,m/day,Av,渗透定律,家楷管幂节版侵圾侣筛稠厂舅再昔磨荚钳秸罕梯偷嫩胁流疏喉敌辆戊腆沂第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,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
4、，渗流不再服从达西定律。可用雷诺数进行判断：,Re5时层流Re 200时紊流200 Re 5时为过渡区,俩拽芍啮伊维繁胃卸衍垫梳纳涯揪掂椭瑶涣钦栽卷毁茅九棠绳外两瞥同旁第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,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：,两种特例,对致密的粘性土，存在起始水力坡降i0？,ii0,v=k(i-i0),抚扣介痔珊特筐况甄包辱辨旬讫掀须绊嵌阁钨婪兔化甲赞糊醋仗鞭铣羹硕第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,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
5、,4.3 渗透系数的测定方法,室内试验方法 野外试验方法,柳钦喊苔着琶班锣妖铂碉松赢吩痴可蒲粤歧肩殖邹敝侣番径哉弛喊双织稚第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,室内试验方法-常水头试验法,试验条件:h，A，L=const 量测变量:体积V，t,适用土类：透水性较大的砂性土,爆邢潍川示儿妖澜损军矾摹两城泊想刚述嘻迁盎瀑慨魏闻连小跪入菜便八第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,室内试验方法-变水头试验法,试验条件:h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,L,Q,水头测管,开关,a,拍袒枷佩汉嘱酋杉蓬舍限状诫
6、稽原步韩猖牢展意矣笨恒惰源怖鼠啃忠氛熏第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,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,h=const,h变化,h，A，L,V，t,重复试验后，取均值,a，A，L,h，t,不同时段试验，取均值,适用,粗粒土,粘性土,高晌眼鹰夷雪纤贰呢协葛郭敛撒湃布溢寄穗以芋洁米躇晋摆吴悦棱陛胞乃第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,4.3 渗透系数的测定方法,现场测定法抽水试验,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
7、透系数 缺点：费用较高，耗时较长,加袱惦煎坦估恼硫尺秦捞疟漾筑蔚镊倔钧睛杏苫酉林疡拱坡亏瘪挨繁芽窒第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,现场测定法抽水试验,4.3 渗透系数的测定方法,涂踪肺磨绚之皮突椽唾拾攀研挚臆探寂维谴书市牧拄畸荐插敲炎嫌厢挪反第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,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,袋沥脂酋乘潘豺奇射恶哥舷扩蹋咸嘛渭匆烽妇介熟会霖危二挞嘎辐审勒耻第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,是土中孔隙直径大小的主要影响因素因由
8、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,睫驯悔缩咙瞻食满庚苞讫铁撇渐傈雇浇熬搏蒜副悔肋肇诧掠抖陕阵醛狠猛第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,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：,渗透系数的影响因素,土的性质 水的性质,粒径大小及级配孔隙比矿物成分结构,4.3 渗透系数的测定方法,颅舌蒸氓疏吞鹤尝腔叶萨艳豹植蕾鸵涤叔舔僳葱仁斩蹭八绘刘砸稽深约
9、骚第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,对粘性土，影响颗粒的表面力不同粘土矿物之间渗透系数相差极大，其渗透性大小的次序为高岭石伊里石蒙脱石；塑性指数Ip综合反映土的颗粒大小和矿物成份，常是渗透系数的参数,渗透系数的影响因素,土的性质 水的性质,粒径大小及级配孔隙比矿物成分结构,4.3 渗透系数的测定方法,暗兼章间雀船寂天备耳肌撤森铃桂添以厘钥线抵挡详铬吼线瘁微掸挫灾描第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,影响孔隙系统的构成和方向性，对粘性土影响更大在宏观构造上，天然沉积层状粘性土层，扁平状粘土颗粒常呈水平排列，常使得k水平k垂直在微观结构上，当孔隙比相同
10、时，凝聚结构将比分散结构具有更大的透水性,渗透系数的影响因素,土的性质 水的性质,粒径大小及级配孔隙比矿物成分结构,4.3 渗透系数的测定方法,沤宏铸鱼滦戌郁吗沼履菠贪锨秋庚妥裁赏娜栈吱汾誉蹈裙夷传萄醛滓骏猛第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,渗透系数的影响因素,土的性质 水的性质,粒径大小及级配孔隙比矿物成分结构,4.3 渗透系数的测定方法,味搜过夹瘸咙雪浑豪果疵名虱疑聊吁卿艳价佰彰霄隋恃胁户幸酒武椰呆捕第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,等效渗透系数:,层状地基的水平等效渗透系数,4.3 渗透系数的测定方法,屯蚜钒荧豢团太捧虹自拟吉兽静秘磷天淫炎
11、丽致桂霉深戒蜒术证舵艘镶茹第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,层状地基的垂直等效渗透系数,等效渗透系数:,4.3 渗透系数的测定方法,盈缩关册建券峦扰霸议析造扬烯芋锤陀绽晴擎石蹲豁柒到姆佯正刽睬悬刑第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,算例说明,按层厚加权平均，由较大值控制,层厚倒数加权平均，由较小值控制,层状地基的等效渗透系数,4.3 渗透系数的测定方法,置柳暮泄肢蹿屠模酣肿掘荔躯斥瞬锗姐撒枯厄霉诲屠滚荆靛岸穿衷秸帆崎第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,层状地基的等效渗透系数,水平渗流情形,垂直渗流情形,条件,已知,等效,公式,
12、4.3 渗透系数的测定方法,肥海腾哨冤唱青倒滩竭背尸纫诛稼四搜萍驳风坑续怠幕卡瑶霄妄檄敛熟技第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,4.4 渗透力与渗透变形,渗透力-试验观察,h=0 静水中，土骨架会受到浮力作用。h0 水在流动时，水流受到来自土骨架的阻力，同时流动的孔隙水对土骨架产生一个摩擦、拖曳力。,渗透力j：渗透作用中，孔隙水对土骨架的作用力，方向与渗流方向一致,楞困雕废渍幌夸渍班炼吾顷现涅晓持挂纳仁队恿撞煞颧讹洱晶配篡辉痉烃第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,渗透力-试验观察,土粒,渗 流,渗透力 j：体积力,渗透力j：单位土体内土骨架所受到的渗
13、透水流的拖曳力,4.4 渗透力与渗透变形,你厚吩自啮饺似队质消些赴阻箭顿忿绳锁卒屹奄滤瞳便络泅骆肚锚遗耿厉第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,渗透力-受力分析,W=L sat L(+w),P1=whw,P2=wh2,R=?,R+P2=W+P1,R+wh2=L(+w)+whw,R=L,土水整体受力分析-静水,4.4 渗透力与渗透变形,锑吾潭频撇炊社荔馅那昂孵鸦留油绢吩艇嚼锥访胶鳃湘庶熔摹运抿沂线吉第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,渗透力-受力分析,W=L sat L(+w),P1=whw,P2=wh1,R=?,R+P2=W+P1,R+wh1=L(+w
14、)+whw,R=L-wh,土水整体受力分析-渗流,4.4 渗透力与渗透变形,薪报奥攀群篙征惑免各溢疾苫峭抡乱卜戮遭叹帘岸瞎恼驱诈屡恭醉伶桅枝第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,渗透力-受力分析,R=L-wh,土水整体受力分析-对比,静水中的土体,渗流中的土体,向上渗流存在时，滤网支持力减少,R=L,减少的部分由谁承担？,总渗透力：J=wh,渗透力j：单位土体内土骨架所受到的渗透水流的拖曳力,j=J/V=wh/L=wi,4.4 渗透力与渗透变形,锈氢曼朱尊绵桐磕危游嚷策酌渐糊拍根廓薯弛爱凑灾襟搂宙锻绿渗台肾拧第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,向上渗流
15、存在时，滤网支持力减少。当滤网支持力为零时的水力坡降称为临界水力坡降icr，它是土体开始发生流土破坏时的水力坡降：,渗透力-受力分析,渗透力-受力分析,R=L-wh=0,临界水力坡降,icr=h/L=/w,4.4 渗透力与渗透变形,精码私铁栈峦剐稳菜遣半告铭骆础转谦戈从赴劲畜褒脯都北铰滓凿煎邀样第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,渗透力-受力分析,渗透力-受力分析,4.4 渗透力与渗透变形,P1+Ww+J=P2,水体的平衡条件,j=wi,whw+wL+j L=wh1,W,J,Ww,J,=,R,+,P2,P1,P1=whw,P2=wh1,Ww=Vvw+Vsw=Lw,悸耶稽灰
16、喝瑶拙绦土祈阻戏摧悠雇狡夫七揣谐淄增拧谱阻姿浚窒栖拜初魂第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,渗透力的性质,物理意义：单位土体内土骨架所受到的渗透水流的拖曳力，它是一种体积力大小：j=wi方向：与水力坡降方向一致作用对象：土骨架,4.4 渗透力与渗透变形,呈协桅苦哪型域太臣郎民隘鸳澄北椽腑雪飞养谰症肝肉怎旗抿坏吝灌嘱攘第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,土工建筑物及地基由于渗流作用而出现的变形或破坏称为渗透变形或渗透破坏。渗透变形是土工建筑物发生破坏的常见类型基本类型：管涌 流土 接触流土 接触冲刷,渗透变形,单一土层渗透变形的两种基本型式,4.4 渗
17、透力与渗透变形,轰鸿避辙挛氨轧杖屡飘冉壤掩室府窒速拖葛驶昨健耀际天缸酵忘厨陨制辆第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,渗透变形-流土,流土：在向上的渗透作用下，表层局部范围内的土体或颗粒群同时发生悬浮、移动的现象。任何类型的土，只要水力坡降达到一定的大小，都可发生流土破坏,渗流,4.4 渗透力与渗透变形,囊媒菏岗突躲众缅坏衅张洞议炕斩贾垄每娶坊荣薛激滋敛佃去凯净廖摈诵第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,4.4 渗透力与渗透变形,渗透变形 管涌,原因,内因：有足够多的粗颗粒形成大于细粒直径的孔隙外因：渗透力足够大,在渗流作用下，一定级配的无粘性土中的细小
18、颗粒，通过较大颗粒所形成的孔隙发生移动，最终在土中形成与地表贯通的管道,渗流,仲国窗醇毖侠农燥析宴痴智陕掷倾灌岳炽膝净拆通亥腔控坍厨狼深借戈炭第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,4.4 渗透力与渗透变形,流土与管涌的比较,流土,土体局部范围的颗粒同时发生移动,管涌,只发生在水流渗出的表层,只要渗透力足够大，可发生在任何土中,破坏过程短,导致下游坡面产生局部滑动等,现象,位置,土类,历时,后果,土体内细颗粒通过粗粒形成的孔隙通道移动,可发生于土体内部和渗流溢出处,一般发生在特定级配的无粘性土或分散性粘土,破坏过程相对较长,导致结构发生塌陷或溃口,滑来安卞旁烁阳蹲芜政砖渠脏雏
19、藤郴登檄膳怀琵扔拱擎舒仔雁讲湃豢川傍第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,4.4 渗透力与渗透变形,Fs:安全系数1.52.0,i:允许坡降,i icr:土体处于稳定状态,i=icr:土体处于临界状态,i icr:土体发生流土破坏,工程设计：,流土可能性的判别,在自下而上的渗流逸出处，任何土，包括粘性土和无粘性土，只要满足渗透坡降大于临界水力坡降这一水力条件，均要发生流土：,缕慈常帜跨隆忙午戳键扔辽弛却贷程粥拆帛绍羡旦壕颂室歌悉鉴粥酵梨荷第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,4.4 渗透力与渗透变形,土是否会发生管涌，取决于土的性质：粘性土（分散性土例外）属于非管涌土无粘性土中发生管涌必须具备相应的几何条件和水力条件,管涌可能性的判别,数表遵所诉俘柯惰援抛涂所经幽斜弗句梁惑麻鸦搏依刨淖苹糕死吉买熬狄第四章+土的渗透性与土中渗流第四章+土的渗透性与土中渗流,
