1. 渗流量问题: 基坑开挖或施工围堰的渗水及排水量计算、土 坝渗水量计算、水井供水量或排水量计算等。
2. 渗透破坏问题: 土中渗流会对土颗粒施加渗透力，当渗透力过 大时就会引起土颗粒或土体的移动，产生渗透 变形，甚至渗透破坏。如滑坡、溃坝、地下水 开采引起地面下沉。
3. 渗流控制问题： 当渗流量或渗透变形不满足设计要求时，要研 究如何采取工程措施进行渗流控制。
第三章
土的渗透性和渗流问题
概述
多孔介质
渗流 土颗粒 土中水
水、气等在土体孔隙中流动的现象
渗流
土具有被水、气等流体透过的性质
渗透性
非饱和土的渗透性 饱和土的渗透性
渗透特性 强度特性 变形特性
坝身坝基中的渗流
板桩维护下的基坑渗流
沟渠渗流
图土渗1透渗性与流渗流示第意三章图
水井渗流
3
土的渗透性研究主要包括以下三个方面：
3、接触冲刷：当渗流沿着两种渗透系数不同的土层接 触面，或建筑物与地基的接触面流动时，沿接触面带 走细颗粒的现象
4、接触流失：在层次分明，渗透系数相差悬殊的两土
层中,当渗流垂直于层面将渗透系数小的一层中的细颗
粒带到渗透系数大的一层中的现象.
土渗透性与渗流第三章
6
渗流引起的工程问题：
（1）渗流问题 渗流问题是研究土中水的渗透 量和渗透速度。
（2）渗流破坏问题 渗流破坏问题是研究渗透 对土体的稳定性的影响。水在土孔隙中渗流， 会对土骨架产生渗透力，引起土体内部应力状 态的改变，使土体的结构的原有稳定条件发生 变化，从而影响建筑物及其他地基的稳定性。
土渗透性与渗流第三章
7
板桩围护下的基坑渗流
板桩墙
基坑
透水层
渗水压力 渗流量 渗透变形
不透水层
t
aL
d
h2 dh
t aLln h1
0
kA h1 h
kA h2
k aL ln h1 At h2
dh h1
h
Q 土样 L A
▪结果整理: 选择几组Δh1, Δh2, t ，计算相应的k，取平均值
土渗透性与渗流第三章
t=t1
t t+dt
t=t2
h2 水头 测管 开关
a
20
例:用粘性土试样做变水头试验,已知试样的截面 积为30cm2,厚度为4cm,渗透仪细玻璃管内径为 0.4cm,试验开始时水位差为145cm,经时段 7min25s后观察到水位差为130cm,试验的水温为 20℃,试求试样的渗透系数.
土渗透性与渗流第三章
8
水井渗流
Q
天然水面
透水层 渗流量
不透水层
土渗透性与渗流第三章
9
一．渗流中的水头与水力坡降
板桩墙 基坑
透水层 不透水层
A
B L
土渗透性与渗流第三章
10
一．渗流中的水头与水力坡降
总水头－单位重量水体所具有的能量
h z u v2 w 2g
z：位置水头 u/γw：压力水头 V2/(2g)：流速水头≈0
v ki
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。
注意：
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
2. 达西定律
适用条件：
层流（线性流） 在粗粒土孔隙中，水流形
态可能会随流速增大呈紊
Re
v d10
流状态，渗流不再服从达 西定律。
土渗透性与渗流第三章
21
• 野外测定方法－抽水试验和注水试验法
实验方法： 理论依据：
抽水量Q
A=2πrh i=dh/dr
QAki2rhkdh
井
dr
观察井
r2 r r1
dr dh
Qdr 2khdh r
土渗透性与渗流第三章
4
土石坝坝基坝身渗流
防渗斜墙及铺盖
不透水层
三方面的
土石坝
问题
浸润线
渗流量
透水层 渗透破坏
渗流控制
土的渗透变形:流土、管涌、接触冲刷、接触流失
1、流土：在向上的渗透作用下，表层局部土体颗粒 同时发生悬浮移动的现象
2、管涌：在渗流作用下，一定级配的无粘性土中的 细小颗粒，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
V=Qt=vAt v=ki i=Δh/L
k VL Aht
适用土类：透水性较大的砂性土
• 室内试验方法1—常水头试验法
土渗透性与渗流第三章
18
• 室内试验方法2—变水头试验法 ▪试验装置：如图 ▪试验条件: Δh变化，A，L=const ▪量测变量: Δh ，t
适用：透水性较小的粘性土
h1
Q 土样 L A
▪量测变量: h2，V，T ▪试验结果
Δh=h1-h2
Q
断面平均流速 v Q A
水力坡降
i h L
加水
压力水头线
h1 h
h2
土样 L
滤网
图3.2 达西渗透试验示意图
土渗透性与渗流第三章
13
二. 渗透试验与达西定律
2.达西定律
渗透定 律
k: 反映土的透水性能的比例系数，称为 渗透系数
单位：mm/s, cm/s, m/s, m/day
t=t1
t=t2
h2 水头 测管 开关
a
土渗透性与渗流第三章
19
• 室内试验方法2—变水头试验法
▪理论依据: t时刻： Δh dt dh
流入量：dVe= - adh
流出量：dVo=kiAdt=k (Δh/L)Adt
连续性条件： dVe=dVo
-adh =k (Δh/L)Adt
dt aLdh kAh
岩土工程中的绝大多数渗 流问题，包括砂土或一般
Re＜5时层流 Re ＞200时紊流 200＞ Re ＞5时为过渡 区
粘土，均属层流范围
可用雷诺数Re进行判断：
土渗透性与渗流第三章
15
2. 达西定律
两种特例：
（1）粗粒土：
v
①砾石类土中的渗流常不符合达
西定律
vcr
②砂土中渗透速度
o
vcr=0.3-0.5cm/s
总水头： h z u
w
uA w
h1 zA
0
测管水头
A
B L
基准面
Δh
uB
w h2
zB 0
A点总水头：
B点总水头：
水头差：
水力坡降：
h1
zA
uA w
h2 zB土渗u透wB性与渗流第三章hh1h2
i h L
11
二. 渗透试验与达西定律 1.渗透试验

▪试验前提：层流 ▪试验条件: h1，A，L=const
v
（2）粘性土： 致密的粘土
i > i0, v = k(i - i ) 0土渗透性与渗流第三章
o i0
v kim (m 1)
i
i
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三. 渗透系数的测定及影响因素 1. 测定方法
室内试验测定方法 常水头试验法
变水头试验法
野外试验测定方法
井孔抽水试验 井孔注水试验
• 室内试验方法1—常水头试验法 ▪试验装置：如图 ▪试验条件: Δh，A，L=const ▪量测变量: V，t ▪结果整理