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土力学土的渗透性


有效应力=0
总应力=h1+sath2 孔隙水应力u=h1+h2+h 则有效应力=-u=h2-h • 与静水条件比较:
总应力不变=h1+sath2,孔隙水应力增加h, 有效应力等量减小h。
渗流作用下的有效应力原理
• 静水条件下的有效应力:
等于土体的浮容重乘以水头高度。 h2
• 稳定渗流条件下的有效应力:
u
计算简图
• 分析a-a、b-b水平面上的总应力、孔隙水应力和有
效应力
• 渗流方向:
1)不发生渗流 h=0
2)从上往下 h<0
h
3)从下往上 h>0
a h1
a
h2
b
b
静水条件下的有效应力原理
• b-b平面上的应力: 总应力为: =h1+sath2 孔隙水应力为: u=h1+h2 则有效应力为: =-u= sath2-h2=h2
• 说明: 1)如果成层土的厚度大致相同,而渗透系数又相
差比较大的情况下,水平方向的渗透系数取决于透水 性最大一层的渗透系数;
2)垂直方向的渗透系数则取决于最不透水一层的 渗透系数。
有效应力和孔隙水压力
• 外荷载分担: 外加荷载作用在土体上,一部分由土颗粒承担,一部
分由孔隙水承担,一部分由孔隙气体承担。 对于饱和土,外加荷载只由土颗粒和水承担。
测定在一定时间内流出的水量计算渗透系数。
• 变水头试验:
k QL Aht
在试验过程中水头不断变化,适用于细粒土。
测定水头下降一定高度所需要的时间计算渗透系数。
k 2.3 aL log h1 A(t2 t1 ) h2
渗透试验简图
• 常水头试验: 试验过程中,h保持不变
• 变水头试验: 试验过程中, h随时间变化(下降)
有效应力=0
总应力=h1+sath2
孔隙水应力u=h1+h2-h
则有效应力=-u=h2+h
• 与静水条件下比较:
总应力不变=h1+sath2,孔隙水应力减小h, 而有效应力增加h。
稳定渗流条件下的有效应力原理-2
• 渗流从下到上: • 在a-a平面上:
孔隙水应力u=h1 则总应力=+u=h1 • 在b-b平面上:
• n层土的渗透系数:
垂直层理方向的渗透系数
• 两层土的渗透系数: 具有以下特性: 1)总水头等于两部分水头损失之和, 即h=h1+h2,即iH=i1H1+i2H2; 2)各层的渗流量相等,即q=q1=q2。 则两层土的垂直向渗透系数为:
• n层土的渗透系数:
讨论
• 水平方向的渗透系数总是大于垂直方向的渗透系数 kx> ky
渗流从上到下:
有效应力等于土体的浮容重乘以水头高度再加上
水的容重乘以水头高度。
渗流从下到上:
• 颗粒大小和级配的影响: 颗粒大,渗透系数大;颗粒小,渗透系数小。级配不 均匀的渗透系数小于级配均匀的渗透系数,说明级配 越不均匀,渗透系数越小;级配越均匀,渗透系数越 大。
• 孔隙比的影响: 土越松散,孔隙比越大,则渗透系数越大; 土越紧密,孔隙比越小,则渗透系数越小。
• 有机质和胶体颗粒的影响: 有机质越多,胶体颗粒含量越少,渗透系数越大。
• 总应力: 指外荷载作用在土体上的总的应力。
• 有效应力: 指土体中的土颗粒所承担的外荷载部分所产生的应力。
• 孔隙水压力: 指土体中的水所承担的外荷载部分所产生的应力。
• 总应力、有效应力和孔隙水压力之间存在关系。
有效应力原理
• 有效应力原理: 指土体在外荷载作用下, 孔隙水压力和有效应力之和始终等于总应力。 孔隙水压力增加,必然引起有效应力减小; 孔隙水压力减小,必然引起有效应力增大, 增加的量和减小的量相等。
• 讨论: 1)有效应力与土深成正比,而与水深无关,它是土
柱的有效重量(因为水下的土粒受到水的浮力作用, 其重量按浮容重计算),成三角形分布;
2)孔隙水应力与水深成正比,也成三角形分布。
稳定渗流条件下的有效应力原理-1
• 渗流从上到下: • 在a-a平面上:
孔隙水应力u=h1 则总应力=+u=h1 • 在b-b平面上:
渗透系数影响因素-2
• 水的动力粘滞系数的影响: 渗透系数k随温度的变化而变化。渗透系数以10C时的
温度为准,其它温度下的渗透系数kT需换算成10C下的 渗透系数k10:
k10= kT. T/10 (是水的动力粘滞系数) • 封闭气体的影响:
土中气体分为两部分:自由气体、封闭气体。 封闭气体的存在,会阻塞通道,影响土的渗透性。 封闭气体含量越多,则渗透系数越小。 • 成层土的影响: 水平方向的渗透系数总是大于垂直方向的渗透系数。
h
a性划分
• 根据渗透系数的大小,土的透水性划分为三类: 强透水性土:k>10-2cm/s
中等透水性土:k=10-3cm/s~10-5cm/s 弱透水性土:k<10-6cm/s
• 实际工程中,根据实际部位的要求,选择相应透 水性的土体。
渗透系数的影响因素-1
• 影响因素:颗粒大小和级配、孔隙比、水的动力粘滞 系数、封闭气体、有机质和胶体颗粒、成层土
成层土的渗透性
• 因为土实际上是成层分布的,所以存在着平行层理 方向和垂直层理方向的渗透系数。
y
水平
0
H1 q1 i1 k1 H2 q2 i2 k2 H3 q3 i3 k3
垂直
x
平行层理方向的渗透系数
• 两层土的渗透系数: 具有以下特性: 1)各层的水力坡降相等,即i= i1= i2; 2)总渗流量等于各分层流量之和,即q= q1+ q2 则两层土的水平向渗透系数为:
v k(i ib )
• 起始水力坡降ib: 由于粘性土的颗粒之间存在连接力所致。
• 粘性土的渗透性: 相同水力坡降条件下,水在砂土中可以流动, 而在粘性土中只有水力坡降大于起始水力坡降时才流动
渗透系数的测定
• 试验方法:
常水头试验、变水头试验
• 常水头试验:
在试验过程中水头始终保持不变,适用于粗粒土。
砂土的达西定律
• 砂土的达西定律:
当水流处于层流状态时,
砂土的渗透速度与水力坡降成正比。
v ki k h
• 砂土的渗透性:
L
砂土颗粒较粗,颗粒之间不存在连接力,
只要存在水力坡降,水在砂土中就会发生流动。
• 渗透系数:
指水力坡降等于1时的渗透速度。
反映土体渗透性的大小。
粘性土的达西定律
• 粘性土的达西定律: 当水流处于层流状态时, 粘性土的渗透速度与水力坡降成正比。
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