第四章 土的滲透性和滲流問題

1、精品課程《土質(zhì)學與土力學》第四章安徽理工大學1第四章第四章土的滲透性和滲流問題土的滲透性和滲流問題本章學習要點：學習掌握土的滲透性（達西定律），掌握水頭、測管水頭、水力坡降的概念，熟悉滲透系數(shù)的測定方法，特別是層狀地基的等效滲透系數(shù)的確定。學會應用二維滲流流網(wǎng)確定測管水頭、孔隙水壓力、水力坡降、滲透速度和滲透流量。滲透力和滲透變形是本章的學習重點，掌握滲透力的計算方法，并能正確確定滲透變形類型。第一節(jié)第一節(jié)概述概述土是由固體相的顆粒、孔

2、隙中的液體和氣體三相組成的，而土中的孔隙具有連續(xù)的性質(zhì)，當土作為水土建筑物的地基或直接把它用作水土建筑物的材料時，水就會在水頭差作用下從水位較高的一側(cè)透過土體的孔隙流向水位較低的一側(cè)。滲透：在水頭差作用下，水透過土體孔隙的現(xiàn)象滲透性：土允許水透過的性能稱為土的滲透性。水在土體中滲透，一方面會造成水量損失，影響工程效益；另一方面將引起土體內(nèi)部應力狀態(tài)的變化，從而改變水土建筑物或地基的穩(wěn)定條件，甚者還會釀成破壞事故。此外，土的滲透性的強弱，

3、對土體的固結(jié)、強度以及工程施工都有非常重要的影響。本章將主要討論水在土體中的滲透性及滲透規(guī)律，以及滲透力滲透變形等問題。第二節(jié)第二節(jié)土的滲透性土的滲透性一、土的滲透規(guī)律——達西定律(一)滲流中的總水頭與水力坡降液體流動的連續(xù)性原理：（方程式）dwvdwvww???22112211vwvw?1221wwvv?表明：通過穩(wěn)定總流任意過水斷面的流量是相等的；或者說是穩(wěn)定總流的過水斷面的平均流速與過水斷面的面積成反比。前提：流體是連續(xù)介質(zhì)流體是

4、不可壓縮的；流體是穩(wěn)定流，且流體不能通過流面流進或流出該元流。理想重力的能量方程式（伯努利方程式1738年瑞士數(shù)學家應用動能定理推導出來的。）cgvrpZ???22飽和土體空隙中的滲透水流，也遵從伯努利方程，并用水頭的概念來研究水體流動中的位能和動能。水頭：實際上就是單位重量水體所具有的能量。精品課程《土質(zhì)學與土力學》第四章安徽理工大學3的現(xiàn)象，由于土體中的空隙一般非常微小，水在土體中流動時的粘滯阻力很大，流速緩慢，因此，其流動狀態(tài)大多

5、屬于層流。1956年，達西利用圖2－5(教材P40)所示試驗裝置，對砂土的滲流性進行了研究，發(fā)現(xiàn)水在土中的滲流速度與試樣兩端面間的水頭差成正比，而與滲流長度成反比，于是他把滲流速度表示為：或KilhKv???KiAvAQ??這就是著名的達西定律，式中V：表示斷面平均滲透速度，單位：mmsK：滲透系數(shù)，（mms）其物理意義是當水力坡降i=1時的滲透速度。達西定律說明：（1）在層流狀態(tài)的滲流中，滲流速度V與水力坡降的一次方成正比，并與土的性

6、質(zhì)有關?；颍荷巴恋臐B透速度與水力坡降呈線性關系。（2）但對于密實的粘土，由于吸著水具有較大的粘滯阻力，因此只有當水力坡降達到某一數(shù)值，克服了吸著水的粘滯阻力以后，才能發(fā)生滲透。我們將這一開始滲透時的水力坡降稱為粘性土的起始水力坡降i.試驗資料表明，密實的粘土不但存在起始水力坡降，而且當水力坡降超過起始坡降后，滲透速度與水力坡降的規(guī)律還偏離達西定律而呈線性關系。)(0iiKv??式中：指密實粘土的起始水力坡降。0i此外，試驗也表明，在粗顆

7、粒土中（如礫石，卵石），只見在小的水力坡降下，滲透速度與水力坡降才能呈線性關系，而在較大的水力坡降下，水在土中的流動即進入紊流狀態(tài)，滲透速度與水力坡降呈非線性關系，此時達西定律不能適用。二滲透系數(shù)的測定和影響因素(一)滲透系數(shù)的測定方法主要分現(xiàn)場試驗和室內(nèi)試驗兩大類，一般說，現(xiàn)場試驗比室內(nèi)試驗所得到的成果要準確可靠。1.實驗室測定法：常水頭試驗法，透水性大的砂性土變水頭試驗法，透水性小的無粘性土2.現(xiàn)場測定法：實測流速法：色素法、電解質(zhì)

8、法、食鹽法注水法抽水法：降低水位法：平衡法，不平衡法水位恢復法(二)影響滲透系數(shù)的因素滲透系數(shù)是一個代表土的滲透性強弱的定量指標，也是滲透計算時必須用到的一個基本參數(shù)。影響滲透系數(shù)的主要有：1.土的粒度成分和礦物成分的影響：土的顆粒大小，形狀及級配，影響土中空隙大小及形狀，因而影響滲透性。土粒越粗，越渾圓，越均勻時，滲透性就大。砂土中含有較多粉土，或粘土顆粒時，其滲透系數(shù)就大大降低。土中含有親水性較大的粘土礦物或有機質(zhì)時，也大大降低土的