第三章
土的渗透性及渗流
§3 土的渗透性及渗流
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
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§3 土的渗透性及渗流
§3.2土的渗透性
➢ 同一过水断面，渗流模型的流量等于真实渗流的流量； ➢ 任一界面上，渗流模型的压力与真实渗流的压力相等； ➢ 相同体积内，渗流模型所受阻力与真实渗流相等。
图3-1 渗流模型
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§3 土的渗透性及渗流
§3.2土的渗透性
渗流速度
断面面积为A，通过的渗透流流量为q，则平均流速为：
v=q/A
§3.2土的渗透性
水在土的孔隙中流动，其形式可以分为： 层流：水的流速很慢，认为相邻两个水分子运动轨迹相互平行而不混掺。 紊流：紊流与层流的意义相反。
渗流模型基本假定：
图3-1 渗流模型
➢ 不考虑渗流路径的迂回曲折，只分析它的主要流向；
➢ 认为孔隙和土粒所占的空间之总和均为渗流所充满。
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§3 土的渗透性及渗流
土中通常含有水，土中含水量的变化及 土体中水的流动对土特性的影响非常大。有时 这种影响可能会带来灾难。
水对土特性影响的直观理解为：土的含水量 小时，土比较硬；土中适当含水可使散粒土颗 粒粘合在一起，使其具有一定的粘结强度，但 当土的含水量过大时则会变软。 当水在土中流动较快时，将引起坝基渗流、 基坑渗流、塌方、泥石流及流土、地下工程受 淹等灾害。
代表单位重量的液体从基准面算起
uB w
u0pa
B
所具有的位置势能
uA 压力水头：水压力所能引起的自由
w
水面的升高，表示单位重量液体所
具有的压力势能
静水 A
测管水头：测管水面到基准面的垂
zB
zA
直距离，等于位置水头和压力水头
0 基准面
0
之和，表示单位重量液体的总势能
在静止液体中各点的测管水头相等
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
uB
w
h h1 h2
i h L
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§3 土的渗透性及渗流
§3.2土的渗透性
例3-1
求：（1）截面的位置水头、压力水头和总水头 （2）截面之间的水头损失和水力梯度
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§3 土的渗透性及渗流
§3.2土的渗透性
解：
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§3 土的渗透性及渗流
§3.2土的渗透性
hb
hc
hac
Lbc L
5 25 5 5 15
11.25cm
总水头变化：
5 a
25 a
b
b
c
c
5
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§3 土的渗透性及渗流
§3.2土的渗透性
水力梯度：
5 a
25 a
b
3 土的渗透性及渗流
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
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§3 土的渗透性及渗流
§3.2 土的渗透性
一．渗流基本概念 二．土的层流渗透定律 三．渗透试验及渗透系数
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§3 土的渗透性及渗流
§3.2土的渗透性
一．渗流基本概念
位置水头：到基准面的竖直距离，
真实渗流仅发生在孔隙面积Av内，因此真实流速为：
于是
v0=q/Av
A
v/v0=Av/A=n
“模型的平均流速要小于真实流速” Av 25
§3 土的渗透性及渗流
二. 土的层流渗透定律
一．渗流基本概念
§3.2土的渗透性
板桩墙 基坑
透水层 不透水层
A
B L
渗流中的水头与水力坡降 17
§3 土的渗透性及渗流
一．渗流基本概念
§3.2土的渗透性
总水头－单位重量水体所具有的能量
u v2 hz
w 2g
z：位置水 头 u/γw：压力水 V头2/(2g)：流速水头≈0
总水头： h z u
位置、压力和测管水头 14
§3 土的渗透性及渗流
一．渗流基本概念
水往低处流
速度v
水往高处“跑”
压力u
§3.2土的渗透性
位置：使水流从位置势能 高处流向位置势能低处
流速：水具有的动能 压力：水所具有的压力势能
也可使水流发生流动
水流动的驱动力 15
§3 土的渗透性及渗流
§3.2土的渗透性
一．渗流基本概念
Q
§3.1概述
天然水面
不透水层
透水层 渗流量 降水深度
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§3 土的渗透性及渗流 渠道渗流
§3.1概述
原地下水位
渗流量
渗流时地下水位
地下水 影响范围
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§3 土的渗透性及渗流 渗流滑坡
§3.1概述
渗透力 入渗过程
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§3 土的渗透性及渗流
§3.1概述
土的渗透性及渗透规律 二维渗流及流网
渗透力与渗透变形
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§3 土的渗透性及渗流
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 饱和土的渗透性
渗透特性 强度特性 变形特性
§3 土的渗透性及渗流
不饱和土 饱和土
毛细水（地下水位以上) 地下水位(潜水）
位置势能： mgz
质量 m 压力 u 流速 v
0 基准面
u w
z
0
压力势能： 动能： 总能量：
mg u w
1 mv2 2 E mgz mg u 1 mv2
w 2
单位重量水流的能量：
h z u v2 w 2g
称为总水头，是水流动 的驱动力
水流动的驱动力 - 水头 16
§3 土的渗透性及渗流
致。 因此，承压水的动态变化，受局部气候的影响不明显。
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§3 土的渗透性及渗流 土石坝坝基坝身渗流
§3.1概述
防渗斜墙及铺盖 不透水层
土石坝
浸润线
透水层
渗流量 渗透破坏
渗透力
§3 土的渗透性及渗流
§3.1概述
板桩围护下的基坑渗流
板桩墙
基坑
透水层 不透水层
渗水压力 渗流量 渗透变形
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§3 土的渗透性及渗流 水井渗流
上层滞水
潜水 承压水
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§3 土的渗透性及渗流
地下水按埋藏条件可分上层滞水、潜水、承压水3类。 上层滞水：存在于地面以下 局部隔水层上面的积水。分 布范围有限，是季节性或临 时性的水源。 潜水：埋藏在地面以下第一 个连续稳定的隔水层以上， 具有自由水面的地下水。潜 水的水面标高称为地下水位。 潜水水位往往低于上层滞水。 承压水：充满在两个稳定的 隔水层问的承受一定静水压 力的地下水。承压水上下都有隔水层存在，它的埋藏区与补给区不一