1、土的滲透性及滲流土的滲透性及滲流第三章第三章滲流滲流水、氣等在土體孔隙中流動的現象水、氣等在土體孔隙中流動的現象滲透性滲透性土具有被水、氣等液體透過的性質土具有被水、氣等液體透過的性質滲透特性滲透特性強度特性強度特性變形特性變形特性第一節概述第一節概述滲流量滲流量滲透變形滲透變形土石壩土石壩防滲斜墻及鋪蓋防滲斜墻及鋪蓋浸潤線浸潤線透水層透水層不透水層不透水層土石壩壩基壩身滲流土石壩壩基壩身滲流滲水壓力滲水壓力滲流量滲流量滲透變形滲透變形板樁圍護下的基坑滲流板樁圍護下的基坑滲流透水層透水層不透水層不透水層基坑基坑板樁墻板樁墻滲流量滲流量水井滲流水井滲流透水層透水層不透水層不透水層天然水面天然水面

2、漏斗狀潛水面漏斗狀潛水面Q滲流滑坡滲流滑坡滲流滑坡滲流滑坡003.2土的滲透性土的滲透性一、一、 基本概念基本概念gvpzhw22水頭水頭ABzahahb水頭差水頭差h?abh水力梯度水力梯度Lhiwpzh二、二、 土的層流滲透定律土的層流滲透定律LhAQ斷面平均流速斷面平均流速水力坡降水力坡降AQv Lhiiv 1.1.滲透試驗滲透試驗試驗結果試驗結果3.2土的滲透性土的滲透性2.2. 達西定律達西定律ikv nvvvs iv 注意：注意：AAv粗粒土：粗粒土：礫石類土中的滲流不符合達西定律礫石類土中的滲流不符合達西定律砂土中滲透速度砂土中滲透速度 3、適用條件適用條件ivovcrivoi0

3、層流（線性流）層流（線性流） 兩種特例兩種特例粘性土：粘性土：致密的粘土致密的粘土 ii0, v=k(i - i0 )1m(kivm 二二. . 滲透試驗與滲透系數滲透試驗與滲透系數室內試驗測定方法室內試驗測定方法野外試驗測定方法野外試驗測定方法常水頭試驗法常水頭試驗法變水頭試驗法變水頭試驗法井孔抽水試驗井孔抽水試驗井孔注水試驗井孔注水試驗1. 1. 測定方法測定方法 室內試驗方法室內試驗方法1 1常水頭試驗法常水頭試驗法結果整理結果整理i=h/LV=Qt=vAtv=kihtAVLk 適用土類：適用土類：透水性較大的砂性土透水性較大的砂性土 室內試驗方法室內試驗方法2 2變水頭試驗法變水頭試驗

4、法dVe= - adhdVo=kiAdt=k (h/L)AdtdVe=dVo流入量流入量：流出量：流出量：連續性條件：連續性條件：-adh =k (h/L)AdthdhkAaLdt2121hhtthdhkAaLdt21lnhhAtaLk tt+ dt 野外測定方法野外測定方法抽水試驗和注水試驗法抽水試驗和注水試驗法抽水量抽水量Q Qr1rr2dhdrh1hh2不透水層不透水層觀察井觀察井A=2rhi=dh/drdrdhkrh2AkiQ khdh2rdrQ )hh(krrlnQ212212 212212hh)r/rln(Qk 實驗方法：實驗方法：理論依據：理論依據：2.影響因素 粒徑大小及級配粒

5、徑大小及級配孔隙比孔隙比礦物成分礦物成分結構結構土土粒粒特特性性、流流體體特特性性）(fk l水的動力粘滯系數水的動力粘滯系數l飽和度（含氣量）飽和度（含氣量） 對對k k影響很大，封閉氣泡影響很大，封閉氣泡H1H2H3Hhk1k2k3xzq1xq3xq2xL3.3.層狀地基的層狀地基的等效滲透系數等效滲透系數1122不透水層不透水層水平滲流水平滲流條件條件: :Lhiii ixxqq iHH等效滲透系數等效滲透系數: :qx=vxH=kxiHqix=kiiiHi iixHkH1kH1H2H3Hhk1k2k3xz豎直滲流豎直滲流:v承壓水承壓水條件條件:vvi ihh iHH等效滲透系數等效滲

6、透系數: :vi = ki (h hi i/ /Hi)iiikvHh zkvHh iizkvHkvH iizkHHk)k1HH(k1iiz3.3 土中土中二維滲流與流網二維滲流與流網 Laplace方程方程zxzvxvdxxvvxx dzzvvzz 一一. . 二維二維滲流的基本方程滲流的基本方程連續性條件連續性條件zxkk 假定：假定： h h恒定恒定穩定滲流穩定滲流h=h(x,z), v=v(x,z)取單寬：取單寬： dy=1與時間無關與時間無關達西定律達西定律平面滲流的基本方程平面滲流的基本方程 h1. 基本方程基本方程zxzvxvdxxvvxx dzzvvzz 0zvxvzx zhkv

7、;xhkvzzxx 連續性條件連續性條件 達西定律達西定律zxkk 假定假定 dxvdzvdqzxe dx)dzzvv(dz)dxxvv(dqzzxxo oedqdq 0zhxh2222 0zhkxhk22z22x Laplace方程方程2. 求解方法求解方法 確定滲流場內各點的確定滲流場內各點的測管水頭測管水頭h的分布的分布基本方程基本方程邊界條件邊界條件定解條件定解條件0zhxh2222 二二. .流網特征及應用流網特征及應用 流流 網網滲流場中的兩族相互正交曲線滲流場中的兩族相互正交曲線等勢線和流線所形成的等勢線和流線所形成的網絡狀曲線簇。網絡狀曲線簇。 流流 線線水質點運動的軌跡線。水

8、質點運動的軌跡線。 等勢線等勢線測管水頭相同的點之連線測管水頭相同的點之連線 。 流網法流網法通過繪制流線與勢線的網絡狀曲線簇來求解滲流問題。通過繪制流線與勢線的網絡狀曲線簇來求解滲流問題。Hh01 1、流網的特征、流網的特征1. 正交性：流線與等勢線必須正交正交性：流線與等勢線必須正交Hh0lsls2. 各個網格的長寬比各個網格的長寬比c應為常數。取應為常數。取c=1c=1，即為曲邊正方形即為曲邊正方形3. 相鄰等勢線之間的水頭損失相等相鄰等勢線之間的水頭損失相等4。各個流槽的滲流量相等。各個流槽的滲流量相等。 相鄰等勢線的水都損失相鄰等勢線的水都損失 h 實際應用實際應用iilhi/iii

9、kv iidiiislNHksvq 確定流速確定流速 確定流量確定流量流道數fN 水力坡降水力坡降HH0lslsdiNHhfiNqq3.4 3.4 滲透破壞與控制滲透破壞與控制一一. . 滲透力滲透力h1hh200hwL土樣土樣濾網濾網貯水器貯水器a bh1hh200hwL土樣土樣濾網濾網貯水器貯水器a b土粒土粒滲滲 流流j滲透力的性質滲透力的性質物理意義：物理意義：單位土體內土骨架所受到的滲透水流的拖曳力，它是單位土體內土骨架所受到的滲透水流的拖曳力，它是體積力體積力j = wi大小：大小： 方向：方向：與滲流方向與滲流方向一致一致作用對象：作用對象：土骨架土骨架基本類型基本類型 二二.

10、.滲透變形（滲透破壞）滲透變形（滲透破壞） 流土流土管涌管涌土工建筑物及地基由于滲流作用而出現的變形或破壞土工建筑物及地基由于滲流作用而出現的變形或破壞形成條件形成條件 防治措施防治措施 粘性土粘性土k1k2砂性土砂性土k2壩體壩體1.1. 基本類型基本類型 流土流土在向上的滲透作用下，表層局部土體顆粒同時發生懸浮移動的現象在向上的滲透作用下，表層局部土體顆粒同時發生懸浮移動的現象crii0JW 和和土土的的密密實實程程度度有有關關eGiscr 11 滲流滲流原因：原因：管涌管涌原因：原因：內因內因 有足夠多的粗顆粒形有足夠多的粗顆粒形成大于細粒直徑的孔隙成大于細粒直徑的孔隙外因外因滲透力足夠

11、大滲透力足夠大 在滲流作用下，一定級配的無粘性土中的細小顆粒，通過較大顆在滲流作用下，一定級配的無粘性土中的細小顆粒，通過較大顆粒所形成的孔隙發生移動，最終在土中形成與地表貫通的管道。粒所形成的孔隙發生移動，最終在土中形成與地表貫通的管道。管涌管涌破壞流土與管涌的比較流土與管涌的比較 流土流土土體局部范圍的顆粒同時土體局部范圍的顆粒同時發生移動發生移動管涌管涌只發生在水流滲出的表層只發生在水流滲出的表層只要滲透力足夠大，只要滲透力足夠大，可發生在任何土中可發生在任何土中破壞過程短破壞過程短導致下游坡面產生局部滑動等導致下游坡面產生局部滑動等現象現象位置位置土類土類歷時歷時后果后果土體內細顆粒通過粗粒形成土體內細顆粒通過粗粒形成的孔隙通道移動的孔隙通道移動可發生于土體內部和滲流可發生于土體內部和滲流溢出處溢出處一般發生在特定級配的一般發生在特定級配的無粘性土或分散性粘土無粘性土或分散性粘土破壞過程相對較長破壞過程相對較長導致結構發生塌陷或潰口導致結構發生塌陷或潰口2.2.形成條件形成條件 scrFiii Fs: 安全系數安全系數1.52.0 i : 允許坡降允許坡降i icr :土體處于穩定狀態土體處于穩定狀態土體發生流土破壞土體發生流土破壞土體處于臨界狀態土體處于臨界狀態流土流土經驗判斷：經驗判斷：3.