土渗透性及水渗流
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§2.1 土的渗透性与渗透规律
一．渗流中的水头与水力坡降 二．渗透试验与达西定律 三．渗透系数的测定及影响因素 四．层状地基的等效渗透系数
土渗透性及水渗流
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§2 土的渗透性及水的渗流 §2.1土的渗透性与渗透规律
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
土渗透性及水渗流
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§2 土的渗透性及水的渗流
土的问题
土的问题是指由于水的渗透引起土体内部应力状态的 变化或土体、地基本身的结构、强度等状态的变化， 从而影响建筑物或地基的稳定性或产生有害变形的影 响，在坡面、挡土墙等结构物中常常会由于水的渗透 而造成内部应力状态的变化而失稳；土坝、堤防、基 坑等结构物会由于管涌逐渐改变地基土内的结构而酿 成破坏事故；非饱和的坡面会由于水分的渗透而造成 土的强度的降低而引起滑坡。由于渗透而引起的代表 性例子就是地下水开采造成的地面下沉问题。
土渗透性及水渗流
2
§2 土的渗透性及水的渗流
概述
碎散性 多孔介质
渗流
三相体系 能量差
孔隙流体流动
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
渗透特性
强度特性
饱和土的渗透性 土渗透性及水渗流
变形特性
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§2 土的渗透性及水的渗流
水在土体中的渗透，一方面会造成水量的损失， 影响工程效益；另一方面将引起土体内部的应 力状态的变化，从而改变水工建筑物或地基的 稳定条件，严重时还会酿成破坏事故。
二. 渗透试验与达西定律 2. 达西定律
适用条件：
层流（线性流）
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， 渗流不再服从达西定律。
可用雷诺数Re进行判断：
Re
v d10
Re＜5时层流 Re ＞200时紊流 200＞ Re ＞5时为过渡区
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。
v ki
注意： v：假想渗流速度，土体试样全断面的平均渗流速度
A
vs：实际平均渗流速度，孔隙断面的平均渗流速度
n Av A
A > Av
v
vs
v n
Av
Q＝vA ＝ vs土A渗v 透性及水渗流
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§2 土的渗透性及水的渗流 §2.1土的渗透性与渗透规律
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§2 土的渗透性及水的渗流 概述
土的渗透性及渗流稳定 二维渗流及流网
渗透力与渗透变形
பைடு நூலகம்
渗流 扬量压 渗力水压 渗透力变 渗形流滑
坡
挡水建筑物 集水建筑物 引水结构物 基坑等地下施工 多雨地区边坡
土坡稳定分析
土渗透性及水渗流
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第二章 土的渗透性及水的渗流
§2.1 土的渗透性与渗透规律 §2.2 平面渗流与流网 §2.3 渗透力与渗透变形
土渗透性及水渗流
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§2 土的渗透性及水的渗流 §2.1土的渗透性与渗透规律
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
总水头： h z u
w
uA w
h1 zA
0
测管水头
A
B L
基准面
Δh
Δh=h1-h2
Q=V/T
Δh↑，Q↑ A↑，Q↑ L↑， Q↓
断面平均流速 v Q
Q A h
A
L
水力坡降 i h
土渗透性及水渗流
L
vi
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§2 土的渗透性及水的渗流 §2.1土的渗透性与渗透规律
二. 渗透试验与达西定律
2.达西定律
渗透定 律
vi
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i＝1时的渗流速度 单位：mm/s, cm/s, m/s, m/day
土渗透性及水渗流
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§2 土的渗透性及水的渗流
层
紊
流
流
层流
紊流
土渗透性及水渗流
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§2 土的渗透性及水的渗流 §2.1土的渗透性与渗透规律
二. 渗透试验与达西定律 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
②砂土中渗透速度
vcr
vcr=0.3-0.5cm/s
土渗透性及水渗流
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§2 土的渗透性及水的渗流 概述 土石坝坝基坝身渗流
防渗斜墙及铺盖 不透水层
土石坝
浸润线
透水层
渗流量 渗透变形
土渗透性及水渗流
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§2 土的渗透性及水的渗流
渗 流 作 用 造 成 大 坝 塌 方
土渗透性及水渗流
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§2 土的渗透性及水的渗流 概述 板桩围护下的基坑渗流
板桩墙
基坑
透水层 不透水层
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u渗wB透性及水渗流hh1h2
i h L
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§2 土的渗透性及水的渗流 §2.1土的渗透性与渗透规律
二. 渗透试验与达西定律
1.渗透试验
▪试验前提：层流 ▪试验装置：如图
▪试验条件: h1，A，L=const ▪量测变量: h2，V，T ▪试验结果
土渗透性及水渗流
渗水压力 渗流量 渗透变形 扬压力
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§2 土的渗透性及水的渗流 概述 水井渗流
Q
天然水面
透水层 渗流量
不透水层
土渗透性及水渗流
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§2 土的渗透性及水的渗流 概述 渠道渗流
渗流量
渗流时地下水位
原地下水位
土渗透性及水渗流
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§2 土的渗透性及水的渗流 概述 渗流滑坡
渗流滑坡
土渗透性及水渗流
土的渗透性的强弱，对土体的固结、强度以及 工程施工都有非常重要的影响。
土渗透性及水渗流
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§2 土的渗透性及水的渗流
水的问题
水的问题指在工程中由于水本身引起的工程问题，比 如基坑、隧道等开挖工程中普遍存在地下水渗出而出 现需要排水的问题；相反在以蓄水为目的的土坝中会 由于渗透造成水量损失而出现需要挡水的问题；另外 还有一些像污水的渗透引起地下水污染，地下水开采 引起大面积地面沉降及沼泽枯竭等地下水环境的问题。 也就是说，水自身的量（涌水量，渗水量）、质（水 质）、赋存位置（地下水位）的变化所引起的问题。
第二章
土的渗透性及水的渗流
土渗透性及水渗流
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§2 土的渗透性及水的渗流
本章特点
• 有较严格的理论（水流的一般规律） • 有经验性规律（散粒体多孔介质特性）
学习要点
• 注重对物理概念和意义的深入理解 • 注意土是散粒体（多孔介质）这一特点
主要难点
• 水头及水力坡降 • 二维流网及其应用 • 渗透力及其分析方法