3.3.2 不同土渗透3.3系土的渗透系数 数的范围
1、P37，表3-2. 2、卡萨哥兰德三界限值
K=1.0cm/s为土中渗流的层流与紊流的界限； K=10-4cm/s为排水良好与排水不良的界限，也是 对应于发生管涌的敏感范围； K=10-4cm/s大体上为土的渗透系数的下限。
3、在孔隙比相同的情况下，粘性土的渗透系 数一般远小于非性土。
水井渗流
Q
天然水面
不透水层
透水层 渗流量
渠道渗流
原地下水位
渗流量
渗流时地下水位
渗流滑坡
渗流滑坡
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 扬压力
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
渗流量
透水层 渗透变形
本章研究内 容
土的渗流 土的变形 土的强度
讨论 ❖ 砂土、粘性土：小水流为层流，渗透规律符合
达西定律，-i 为线性关系
❖ 粗粒土： i 小、 大水流为层流，渗透规律符合 达西定律，-i 为线性关系 i 大、 大水流为紊流，渗透规律不符合 达西定律，-i 为非线性关系
3.3.1 渗透系数的3.3 土的渗透系数
影响因素1
1、孔隙比
v
nvs
e 1 e
素2
3、土的饱和度
土的饱和度愈低，渗透系数愈小。因为低饱和土 的孔隙中存在较多气泡会减小过水面积，甚至赌 塞细小孔道。
4、温度
渗透系数k实际上反映流体经由土的孔隙通道时 与土k颗20 粒k间T 摩T 擦20力或粘滞滞T系、性数2。，0分可别而查为流表T℃体和2的0℃粘时水滞的性动力与粘 其温度有关。试验测得的渗透系数kT需经温度修 正（P36,表3-1）
3.3.1 渗透系 3.3 土的渗透系数 数的影响因
素3
5、颗粒的矿物成分
矿物的颗粒成分往往影响颗粒的尺寸、形状、排列及结合水膜 的薄厚。 粘土矿物的种类对渗透系数的影响也很大。 同样e的情况下，粘土矿物的渗透性:高岭石>伊利石>蒙脱石
6、土的结构
天然沉积土的分层特性，其渗透性是各向异性的，常使得k水平 ﹥>k垂直。 风化粘土与裂隙粘土其渗透性取决于宏观的裂隙，而不是孔隙。 具有凝聚结构的粘性土，其团粒间的孔隙会使渗透系数很大
对于均质粗粒土层，现场测出的k值比室内
透系数，它表示土的渗透能力，
A
透水石
k值越大则表明土的渗透性越强。
3.2.2关于土中水的3.2 达西定律 渗流速度
三种渗流速度
出截逸 面速 积度 水： 管段土流试v速样 。横为断Q A表面观面流积速除。流可量表，示也为就：是等 渗透流v速s ：水在土v体 中nv沿s 水流方向的平均流速， 可表示为 :
渗透性研究的 三个方面
相互关联
相互影响
渗流量问题 渗流控制问题 渗透破坏问题
3.2.1一维渗透试验与
3.2 达西定律
达西定律
h
渗透试验与达西定律
Q k h A
令i=h/L=tga，L 称为水力梯度，即
Q
沿渗流方向单位距离的水头损失
h1
h2
则有：
vq
Q
v ki
A
L
结论：水在土中的渗透速度与试
样的水力梯度成正比，k称为渗 Q
②整个试验过程中水 头保持不变；
kT
QL Aht
3.3.3 确定土的
渗透系数的试 3.3 土的渗透系数
验3-变水头试
整个试验过程水头随时间变化
验 截面面积a
适用于透水性差，渗透系数小的粘性土 任一时刻t的水头差为h，经时段dt后，
细玻璃管中水位降落dh，在时段dt内流
经试样的水量
dQ=－adh
在时段dt内流经试样的水量
对于渗透性很大的粗粒土，水力坡降超过一定值 时可用下式表示：
3.2.3 达西定律的适3.2 达西定律 用范围2
对于渗透性很低的粘性土，当水力坡降较小时，v与i也不 是线性关系，可用下式表示：
v k1in
其中：n>1.0。 当水力坡降增加到一定程度时，二者接近线性关系。可
以表示为： v k2 (i i0 )
实际流速：受孔隙的随机性和不规则性影响，土 中真正的流速。无表示式。
3.2.3 达西定律的适3.2 达西定律 用范围1
1、它建立在均匀砂土的试验基础上的，大量 试验结果表明，在一般工程情况的水力坡降 情况下，对于绝大多数土类，它都是适用的。
2、流体力学研究结果表明：当水力坡降超过 一定值时，这种v线性k1i关m 系 不再成立，有以下 两种情形：
1、土的渗透性与渗流 与伯努力方程
3.1 概述
（1）渗透及渗透性
渗透：在饱和土体中，自由水在水位（头）差作用下，
在孔隙通道中流动的现象 。
渗透性：土允许水透过的性能称为土的渗透性。
（2）伯努力方程
h hz
p
w
v2 2g
水总是从能量高处向能量低处流动
2.中水的渗流对土的 工程问题的影响
3.1 概述
3.3.3 确定 3.3 土的渗透系数 土的渗透系 数的试验1
1、室内试验
适用性取决于
①取得试样的代表性； ②室内试验量测的重要性； ③现场综合条件的模拟。
室内试验包括常水头试验与变水头试验。
3.3.3 确定 3.3 土的渗透系数 土的渗透系
数常的水试头试验验2
①适用于粗粒土 （ k>10-3cm/s ）；
在岩土工程中水的渗流主要会引起两类问题：
（1）流量与渗流速度的问题
水利工程中
土木工程中
（2）稳定性问题
渗透稳定性：（渗透变形、渗透破坏）是指渗透水对土骨架 的渗透力的作用下，土粒间可以发生相对运动甚至整体运动， 从而造成土体或建造于其上的建筑物失稳。
在基坑开挖支护工程中，很多事故都与土中水的渗流与渗透 破坏有关，此外，土中水的渗流也会引起土坡的抗滑稳定性。
dQ=kiAdt=kAh/Ldt
管内减少水量＝流经试样水量
－adh=kAh/Ldt 分离变量 积分
k＝2.3
aL
At2
t1 lg
h
t1 ln
h1 h2
3.3.3 确定土的渗透
2系、数现的试场验测4 定 3.3 土的渗透系数
渗透系数 常用的有现场井孔抽水试验或井孔注水试验。
vs
vs
vs
当 一定时，孔隙比越大e，2 单位面积上的过水面 积越大，出逸速度越大。1当e2e增大时， 也增大。
同一种砂土中，k约与e2或 于粘性土和粉土，则不成立。
成正比。但对
2、颗粒的尺寸及级配
细粒含量愈多，土的渗透性愈小，例如砂土中粉 粒及粘粒含量愈多时，砂土的渗透系数就会大大 减小。
3.3.1 渗透系 3.3 土的渗透系数 数的影响因