土力学明德至善知行利物渗流问题课件

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1、明德至善明德至善 知行利物知行利物第二章第二章 土中水的运动规律土中水的运动规律土力学土力学 第二章第二章第二章 土力学 第二章明德至善明德至善 知行利物知行利物12概述概述土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律第二章 土中水的运动规律土力学土力学 第二章第二章12概述土的渗透性与渗透规律第二章 土中水的运动规律土力学 明德至善明德至善 知行利物知行利物1概述概述第二章 土中水的运动规律土力学土力学 第二章第二章1概述第二章 土中水的运动规律土力学 第二章明德至善明德至善 知行利物知行利物土颗粒土颗粒土中水土中水渗流渗流n土是一种碎散的多孔介质，土是一种碎散的多孔介质，其孔隙在空间互相连通。

2、当其孔隙在空间互相连通。当饱和土中的两点存在能量差饱和土中的两点存在能量差时，水就在土的孔隙中从能时，水就在土的孔隙中从能量高的点向能量低的点流动量高的点向能量低的点流动F 水在土体孔隙中流动的现象称为水在土体孔隙中流动的现象称为渗流渗流F 土具有被水等液体透过的性质称为土的土具有被水等液体透过的性质称为土的渗透性渗透性2.1 概述土力学土力学 第二章第二章土颗粒土中水渗流土是一种碎散的多孔介质，其孔隙在空间互相连通明德至善明德至善 知行利物知行利物透水层透水层不透水层不透水层防渗体防渗体坝体坝体浸润线浸润线渗流问题：渗流问题：1.渗流量？渗流量？2.渗透破坏？渗透破坏？3.渗透力？渗透力？2

3、.1 概述-渗流问题土力学土力学 第二章第二章透水层不透水层防渗体坝体浸润线渗流问题：2.1 概述-渗流问明德至善明德至善 知行利物知行利物渗流问题：渗流问题：1.渗流量？渗流量？2.渗透破坏？渗透破坏？3.渗水压力？渗水压力？透水层透水层不透水层不透水层基坑基坑板桩墙板桩墙2.1 概述-渗流问题土力学土力学 第二章第二章渗流问题：透水层不透水层基坑板桩墙2.1 概述-渗流问题土力明德至善明德至善 知行利物知行利物渗流问题：渗流问题：1.渗流量渗流量Q？2.降水深度？降水深度？透水层透水层不透水层不透水层天然水面天然水面漏斗状潜水面漏斗状潜水面Q2.1 概述-渗流问题土力学土力学 第二章第二章

4、渗流问题：透水层不透水层天然水面漏斗状潜水面Q2.1 概述-明德至善明德至善 知行利物知行利物渗流问题：渗流问题：1.渗流量？渗流量？2.地下水影响地下水影响 范围？范围？原地下水位原地下水位渗流时地下水位渗流时地下水位2.1 概述-渗流问题土力学土力学 第二章第二章渗流问题：原地下水位渗流时地下水位2.1 概述-渗流问题土力明德至善明德至善 知行利物知行利物渗流量渗流量扬压力扬压力渗水压力渗水压力渗透破坏渗透破坏渗流速度渗流速度渗水面位置渗水面位置挡水建筑物挡水建筑物 集水建筑物集水建筑物 引水结构物引水结构物 基础工程基础工程地下工程地下工程边坡工程边坡工程渗透特性变形特性强度特性2.1

5、概述-土渗流特性土力学土力学 第二章第二章渗流量挡水建筑物 渗透特性2.1 概述-土渗流特性土力学明德至善明德至善 知行利物知行利物2土的渗透性土的渗透性与渗透规律与渗透规律第二章 土中水的运动规律土力学土力学 第二章第二章2土的渗透性第二章 土中水的运动规律土力学 第二章明德至善明德至善 知行利物知行利物F水头与水力坡降水头与水力坡降F土的渗透试验与土的渗透试验与达西定律达西定律F渗透系数的测定渗透系数的测定及影响因素及影响因素F层状地基的等效层状地基的等效渗透系数渗透系数渗流的驱动能量渗流的驱动能量反映渗流特点的定律反映渗流特点的定律土的渗透性土的渗透性地基的渗透系数地基的渗透系数2.2

6、土的渗透性与渗透规律土力学土力学 第二章第二章水头与水力坡降渗流的驱动能量反映渗流特点的定律土的渗透性地基明德至善明德至善 知行利物知行利物n位置水头：位置水头：到基准面的竖直距离，到基准面的竖直距离，代表单位重量的液体从基准面算起代表单位重量的液体从基准面算起所具有的位置势能所具有的位置势能n压力水头：压力水头：水压力所能引起的自由水压力所能引起的自由水面的升高，表示单位重量液体所水面的升高，表示单位重量液体所具有的压力势能具有的压力势能n测管水头：测管水头：测管水面到基准面的垂测管水面到基准面的垂直距离，等于位置水头和压力水头直距离，等于位置水头和压力水头之和，表示单位重量液体的总势能之和

7、，表示单位重量液体的总势能n在静止液体中各点的测管水头相等在静止液体中各点的测管水头相等zA00ABu0pazB基准面基准面静水静水2.2 土的渗透性与渗透规律土力学土力学 第二章第二章位置水头：到基准面的竖直距离，代表单位重量的液体从基准面算起明德至善明德至善 知行利物知行利物ABL透水层透水层不透水层不透水层基坑基坑板桩墙板桩墙渗流为水体的流动，应满渗流为水体的流动，应满足液体流动的三大基本方足液体流动的三大基本方程：连续性方程、能量方程：连续性方程、能量方程、动量方程程、动量方程2.2 土的渗透性与渗透规律土力学土力学 第二章第二章ABL透水层不透水层基坑板桩墙渗流为水体的流动，应满足液

8、体流明德至善明德至善 知行利物知行利物ABLhAzA基准面基准面n 总水头：总水头：单位重量水体所具有的能量单位重量水体所具有的能量 位置水头位置水头Z Z：水体的位置势能（任选基准面）：水体的位置势能（任选基准面）压力水头压力水头u/w：水体的压力势能（：水体的压力势能（u孔隙水压力）孔隙水压力）流速水头流速水头V2/(2g)：水体的动能（对渗流多处于层流：水体的动能（对渗流多处于层流0）n 渗流的总水头：渗流的总水头：也称也称测管水头测管水头，是渗流的，是渗流的总驱动能，渗流总是从水总驱动能，渗流总是从水头高处流向水头低处头高处流向水头低处2.2 土的渗透性与渗透规律土力学土力学 第二章第

9、二章ABLhAzA基准面 总水头：单位重量水体所具有的能量 位置明德至善明德至善 知行利物知行利物 A A点总水头：点总水头：ABLhAhBzAzBhh基准面基准面水力坡降线水力坡降线 B B点总水头：点总水头：二点总水头差：反映了二点总水头差：反映了两点间水流由于摩阻力两点间水流由于摩阻力造成的能量损失造成的能量损失 水力坡降水力坡降 i：单位渗流长度上的水头损失：单位渗流长度上的水头损失2.2 土的渗透性与渗透规律土力学土力学 第二章第二章 A点总水头：ABLhAhBzAzBh基准面水力坡降线 B明德至善明德至善 知行利物知行利物LAh1h2QQ透水石1856 年达西年达西(Darcy)在

10、研究城在研究城市供水问题时进行的渗流试验市供水问题时进行的渗流试验或：或：其中，其中，A是试样的断面积是试样的断面积2.2 土的渗透性与渗透规律土力学土力学 第二章第二章LAh1h2QQ透水石1856 年达西(Darcy)在研究城明德至善明德至善 知行利物知行利物n达达西西定定律律：在在层层流流状状态态的的渗渗流流中中，渗渗透透速速度度v与与水水力力坡坡降降i的一次方成正比，并与土的性质有关的一次方成正比，并与土的性质有关n渗渗透透系系数数k:反反映映土土的的透透水水性性能能的的比比例例系系数数，其其物物理理意意义义为为水力坡降水力坡降i1时的渗流速度，单位：时的渗流速度，单位：cm/s,m/

11、s,m/dayn渗渗透透速速度度v：土土体体试试样样全全断断面面的的平平均均渗渗流流速速度度，也也称称假假想想渗流速度渗流速度其中，其中，V Vs s为实际平均流速，孔隙断面的平均流速为实际平均流速，孔隙断面的平均流速2.2 土的渗透性与渗透规律土力学土力学 第二章第二章达西定律：在层流状态的渗流中，渗透速度v与水力坡降i的一次方明德至善明德至善 知行利物知行利物n 适用条件：层流（线性流动）适用条件：层流（线性流动）岩土工程中的绝大多数渗流岩土工程中的绝大多数渗流问题，包括砂土或一般粘问题，包括砂土或一般粘土，均属层流范围土，均属层流范围在粗粒土孔隙中，水流形态在粗粒土孔隙中，水流形态可能会

12、随流速增大呈紊流可能会随流速增大呈紊流状态，渗流不再服从达西状态，渗流不再服从达西定律。可用雷诺数进行判定律。可用雷诺数进行判断断 ：0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5达西定律达西定律适用范围适用范围2.01.51.00.50水力坡降水力坡降流速流速(m/h)砾石砾石粗砂粗砂中砂中砂细砂细砂极细砂极细砂h10dvRe=Re5时层流时层流Re 200时紊流时紊流200 Re 5时为过渡区时为过渡区 2.2 土的渗透性与渗透规律土力学土力学 第二章第二章 适用条件：层流（线性流动）岩土工程中的绝大多数渗流问题，包明德至善明德至善 知行利物知行利物n是土中孔隙直径大小的主要影是土中孔隙直径大

13、小的主要影响因素响因素n因由粗颗粒形成的大孔隙可被因由粗颗粒形成的大孔隙可被细颗粒充填，故土体孔隙的大细颗粒充填，故土体孔隙的大小一般由细颗粒所控制。因此，小一般由细颗粒所控制。因此，土的渗透系数常用有效粒径土的渗透系数常用有效粒径d10来表示，如哈臣公式：来表示，如哈臣公式：土的性质土的性质 水的性质水的性质粒径大小及级配粒径大小及级配孔隙比孔隙比矿物成分矿物成分结构结构渗透系数的影响因素 2.2 土的渗透性与渗透规律土力学土力学 第二章第二章是土中孔隙直径大小的主要影响因素 土的性质粒径大小及级配渗透明德至善明德至善 知行利物知行利物n是单位土体中孔隙体积的直接是单位土体中孔隙体积的直接度

14、量度量n对于砂性土，常建立孔隙比对于砂性土，常建立孔隙比e与与渗透系数渗透系数k之间的关系，如：之间的关系，如：渗透系数的影响因素 土的性质土的性质 水的性质水的性质粒径大小及级配粒径大小及级配孔隙比孔隙比矿物成分矿物成分结构结构2.2 土的渗透性与渗透规律土力学土力学 第二章第二章是单位土体中孔隙体积的直接度量渗透系数的影响因素 土的性质明德至善明德至善 知行利物知行利物n对粘性土，影响颗粒的表面力对粘性土，影响颗粒的表面力n不同粘土矿物之间渗透系数相差不同粘土矿物之间渗透系数相差极大，其渗透性大小的次序为高极大，其渗透性大小的次序为高岭石岭石伊里石伊里石蒙脱石蒙脱石；当粘土中；当粘土中含有

15、可交换的钠离子越多时，其含有可交换的钠离子越多时，其渗透性将越低渗透性将越低n塑性指数塑性指数Ip综合反映土的颗粒大综合反映土的颗粒大小和矿物成份，常是渗透系数的小和矿物成份，常是渗透系数的参数参数渗透系数的影响因素 土的性质土的性质 水的性质水的性质粒径大小及级配粒径大小及级配孔隙比孔隙比矿物成分矿物成分结构结构2.2 土的渗透性与渗透规律土力学土力学 第二章第二章对粘性土，影响颗粒的表面力渗透系数的影响因素 土的性质粒径明德至善明德至善 知行利物知行利物n影响孔隙系统的构成和方向性，影响孔隙系统的构成和方向性，对粘性土影响更大对粘性土影响更大n在宏观构造上，天然沉积层状在宏观构造上，天然沉

16、积层状粘性土层，扁平状粘土颗粒常粘性土层，扁平状粘土颗粒常呈水平排列，常使得呈水平排列，常使得k水平水平kk垂直垂直n在微观结构上，当孔隙比相同在微观结构上，当孔隙比相同时，凝聚结构将比分散结构具时，凝聚结构将比分散结构具有更大的透水性有更大的透水性渗透系数的影响因素 土的性质土的性质 水的性质水的性质粒径大小及级配粒径大小及级配孔隙比孔隙比矿物成分矿物成分结构结构2.2 土的渗透性与渗透规律土力学土力学 第二章第二章影响孔隙系统的构成和方向性，对粘性土影响更大渗透系数的影响因明德至善明德至善 知行利物知行利物饱和曲线饱和曲线含水量含水量 wWop干容重干容重 d max 1含水量含水量 w渗

17、透系数渗透系数 k絮状结构絮状结构 分散结构分散结构渗透系数的影响因素 土的性质土的性质 水的性质水的性质粒径大小及级配粒径大小及级配孔隙比孔隙比矿物成分矿物成分结构结构2.2 土的渗透性与渗透规律土力学土力学 第二章第二章饱和曲线含水量 wWop干容重 dmax1含水量 w明德至善明德至善 知行利物知行利物渗透系数的影响因素 n水的动力粘滞系数：水的动力粘滞系数：温度温度，水粘滞性，水粘滞性，k n饱和度（含气量）：封闭气饱和度（含气量）：封闭气泡对泡对k影响很大，可减少有效影响很大，可减少有效渗透面积，还可以堵塞孔隙渗透面积，还可以堵塞孔隙的通道的通道 土的性质土的性质 水的性质水的性质粒径大小及级配粒径大小及级配孔隙比孔隙比矿物成分矿物成分结构结构2.2 土的渗透性与渗透规律土力学土力学 第二章第二章渗透系数的影响因素 水的动力粘滞系数：土的性质粒径大小及级明德至善明德至善 知行利物知行利物本章结束第二章 土中水的运动规律土力学土力学 第二章第二章本章结束第二章 土中水的运动规律土力学 第二章