第2章 土的滲透性及滲流

1、第第2 2章章 土的滲透性及滲流土的滲透性及滲流2.4 達(dá)西定律及其適用范圍2.1 土的滲透性及舉例2.2 土的水理性質(zhì)2.3 地下水的運動方式和判別2.5 滲透系數(shù)2.7 滲流力、流沙和潛蝕的危害及防治2.8 滲流情況下的有效應(yīng)力和孔隙水壓力2.6 二維滲流及流網(wǎng)應(yīng)用 2.1 土的滲透性及舉例土的滲透性及舉例滲透滲透：在水位差作用下，水透過土體孔隙的現(xiàn)象。：在水位差作用下，水透過土體孔隙的現(xiàn)象。土的滲透性土的滲透性：土具有被水透過的性質(zhì)。：土具有被水透過的性質(zhì)。主要內(nèi)容主要內(nèi)容水在土體中的水在土體中的滲透規(guī)律滲透規(guī)律滲透過程中滲透過程中土體的變形土體的變形在滲流作用下的在滲流作用下的有效應(yīng)力

2、有效應(yīng)力和和孔隙水壓力孔隙水壓力滲流量滲流量滲透變形滲透變形石壩石壩浸潤線浸潤線透水層透水層土的滲透性及滲透規(guī)律土的滲透性及滲透規(guī)律滲流量滲流量滲透變形滲透變形滲透壓力滲透壓力滲流滑坡滲流滑坡二維滲流及流網(wǎng)二維滲流及流網(wǎng)滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形水頭梯度水頭梯度土坡穩(wěn)定分析土坡穩(wěn)定分析滲透壓力滲透壓力滲流量滲流量滲透變形滲透變形透水層透水層基坑基坑板樁墻板樁墻透水層透水層不透水層不透水層天然水面天然水面漏斗狀潛水面漏斗狀潛水面Q Q水井滲流水井滲流 2.2 土的水理性質(zhì)土的水理性質(zhì) 土的水理性質(zhì)土的水理性質(zhì)是指土體在水的作用及其變化的是指土體在水的作用及其變化的條件下，產(chǎn)生的土的物理、力

3、學(xué)狀態(tài)及性質(zhì)的變化條件下，產(chǎn)生的土的物理、力學(xué)狀態(tài)及性質(zhì)的變化以及對工程的影響。以及對工程的影響。 包括：包括：毛細(xì)水現(xiàn)象，粘性土含水狀態(tài)特征及水毛細(xì)水現(xiàn)象，粘性土含水狀態(tài)特征及水- -土系統(tǒng)的膠體特征，黃土的濕陷性，膨脹土特征，土系統(tǒng)的膠體特征，黃土的濕陷性，膨脹土特征，飽和松砂的地震液化，潛蝕和流沙現(xiàn)象，粘性土的飽和松砂的地震液化，潛蝕和流沙現(xiàn)象，粘性土的含水量與夯實等等。含水量與夯實等等。 2.2 土的水理性質(zhì)土的水理性質(zhì)2.2.1 2.2.1 土的毛細(xì)水性質(zhì)土的毛細(xì)水性質(zhì)土的毛細(xì)現(xiàn)象：土的毛細(xì)現(xiàn)象：土中水在表面張力作用下沿著細(xì)小孔隙土中水在表面張力作用下沿著細(xì)小孔隙向上或其它方向移動的

4、現(xiàn)象。向上或其它方向移動的現(xiàn)象。土的毛細(xì)現(xiàn)象對工程的影響：土的毛細(xì)現(xiàn)象對工程的影響： 1 1）毛細(xì)水的上升會引起路基凍害；）毛細(xì)水的上升會引起路基凍害； 2 2）對于房屋建筑，毛細(xì)水的上升會引起地下室過）對于房屋建筑，毛細(xì)水的上升會引起地下室過分潮濕，在建筑物基礎(chǔ)頂面附近專門設(shè)置防潮層；分潮濕，在建筑物基礎(chǔ)頂面附近專門設(shè)置防潮層； 3 3）毛細(xì)水的上升可能會引起土的沼澤化和鹽漬化，）毛細(xì)水的上升可能會引起土的沼澤化和鹽漬化，對工業(yè)及農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)都有影響。對工業(yè)及農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)都有影響。 2.2 土的水理性質(zhì)土的水理性質(zhì)毛細(xì)水上升最大高度的計算公式：毛細(xì)水上升最大高度的計算公式： h hmaxmax= 4

5、/d= 4/dw w實踐中，實踐中，毛細(xì)水上升高度的估算公式：毛細(xì)水上升高度的估算公式： 漢森經(jīng)驗公式漢森經(jīng)驗公式：h hc c= C /= C /（e e d d1010）毛細(xì)壓力毛細(xì)壓力（毛細(xì)粘聚力）（毛細(xì)粘聚力） 在土粒接觸面上，由于空氣和水分界面產(chǎn)生的在土粒接觸面上，由于空氣和水分界面產(chǎn)生的表面張力所引起的。表面張力所引起的。2.2.2 2.2.2 土的凍脹融陷特性土的凍脹融陷特性 凍脹凍脹：未凍結(jié)區(qū)水分不斷向凍結(jié)區(qū)遷移和積聚，：未凍結(jié)區(qū)水分不斷向凍結(jié)區(qū)遷移和積聚，使冰晶體不斷擴(kuò)大，土層中形成冰夾層，土體發(fā)生隆使冰晶體不斷擴(kuò)大，土層中形成冰夾層，土體發(fā)生隆起。起。 融陷融陷：土層解凍時

6、，土中積聚的冰晶體融化，土：土層解凍時，土中積聚的冰晶體融化，土體隨之下陷。體隨之下陷。 凍融對工程影響：凍融對工程影響： 路基隆起，柔性路面鼓包、開裂，剛性路面錯縫、路基隆起，柔性路面鼓包、開裂，剛性路面錯縫、折斷，房屋、橋梁、涵管下沉或不均勻沉降等。折斷，房屋、橋梁、涵管下沉或不均勻沉降等。 2.2 土的水理性質(zhì)土的水理性質(zhì)影響凍脹的因素：影響凍脹的因素： （1 1）土）土：毛細(xì)水現(xiàn)象嚴(yán)重的細(xì)粒土，如：毛細(xì)水現(xiàn)象嚴(yán)重的細(xì)粒土，如：粉砂、粉土、粉質(zhì)粘土粉砂、粉土、粉質(zhì)粘土。 （2 2）水）水：水分的遷移和集聚。若凍結(jié)區(qū)附：水分的遷移和集聚。若凍結(jié)區(qū)附近近地下水位較高地下水位較高，凍脹現(xiàn)象明顯

7、。，凍脹現(xiàn)象明顯。 （3 3）溫度）溫度：若氣溫緩慢下降，冷卻強(qiáng)度小，：若氣溫緩慢下降，冷卻強(qiáng)度小，但但負(fù)溫持續(xù)時間較長負(fù)溫持續(xù)時間較長。 2.2 土的水理性質(zhì)土的水理性質(zhì) 上述三方面的因素是土層發(fā)生凍脹的三個必要上述三方面的因素是土層發(fā)生凍脹的三個必要條件。條件。其結(jié)論是：其結(jié)論是：在持續(xù)負(fù)溫作用下，地下水位較在持續(xù)負(fù)溫作用下，地下水位較高處的粉砂、粉土、粉質(zhì)粘土等土層常具有較大的高處的粉砂、粉土、粉質(zhì)粘土等土層常具有較大的凍脹危害。凍脹危害。 主要措施：主要措施：將構(gòu)筑物基礎(chǔ)底面置于當(dāng)?shù)貙?gòu)筑物基礎(chǔ)底面置于當(dāng)?shù)貎鼋Y(jié)深凍結(jié)深度度（可查有關(guān)規(guī)范）以下，基礎(chǔ)的側(cè)面回填中砂或（可查有關(guān)規(guī)范）以下，

8、基礎(chǔ)的側(cè)面回填中砂或粗砂等不凍脹的材料，以防止凍害的影響。粗砂等不凍脹的材料，以防止凍害的影響。 2.2 土的水理性質(zhì)土的水理性質(zhì)2.3 地下水的運動方式和判別地下水的運動方式和判別2.3.1 2.3.1 地下水運動的基本方式地下水運動的基本方式 1.1.按地下水的流線形態(tài)：按地下水的流線形態(tài)： 層流層流：流線互相平行、水流平穩(wěn)、流速均勻：流線互相平行、水流平穩(wěn)、流速均勻 湍流湍流（紊流）：流線不規(guī)則、漩渦（紊流）：流線不規(guī)則、漩渦 2.2.按水流特征隨時間的變化狀況：按水流特征隨時間的變化狀況： 穩(wěn)定流運動穩(wěn)定流運動：在滲流場中，若任一點的流速、流向、：在滲流場中，若任一點的流速、流向、水位

9、、水壓力等運動特征不隨時間而改變。水位、水壓力等運動特征不隨時間而改變。 非穩(wěn)定流運動非穩(wěn)定流運動：在滲流場中，若任一點的流速、流：在滲流場中，若任一點的流速、流向、水位、水壓力等運動要素均隨時間而變化。向、水位、水壓力等運動要素均隨時間而變化。2.3 地下水的運動方式和判別地下水的運動方式和判別 3.3.按水流在空間上的分布狀況：按水流在空間上的分布狀況： 一維：一維：單向流動單向流動 二維：二維：地下水的流動和兩個坐標(biāo)方向有關(guān)地下水的流動和兩個坐標(biāo)方向有關(guān) 三維流動：三維流動：水的流動沿三個坐標(biāo)軸方向都有水的流動沿三個坐標(biāo)軸方向都有分速度分速度2.4 達(dá)西定律及其適用范圍達(dá)西定律及其適用范

10、圍達(dá)西定律達(dá)西定律 層流滲透定律（層流滲透定律（H. DarcyH. Darcy，18561856）是指層流狀態(tài)下，土中水是指層流狀態(tài)下，土中水的滲流速度與能量損失之的滲流速度與能量損失之間服從線性滲流定律。間服從線性滲流定律。公式：公式：v v為為滲透速度滲透速度，Q Q為為單位時間的流單位時間的流量量，k k為為滲透系數(shù)滲透系數(shù)，i i為為水頭梯度水頭梯度滲透速度定義：滲透速度定義：單位時間單位時間內(nèi)流過內(nèi)流過斷面面積斷面面積的水量。的水量。kiLHkAQ砂土砂土滲透速度符合達(dá)西定律：滲透速度符合達(dá)西定律：粘性土粘性土滲透速度應(yīng)考慮起始水頭梯度：滲透速度應(yīng)考慮起始水頭梯度：礫石、卵石礫石、

11、卵石的粗顆粒，一般速度較大，會有湍的粗顆粒，一般速度較大，會有湍流發(fā)生，達(dá)西定律不適用，采用經(jīng)驗公式求流發(fā)生，達(dá)西定律不適用，采用經(jīng)驗公式求v v。LHkki)(0iik2.4 達(dá)西定律及其適用范圍達(dá)西定律及其適用范圍 1、對粘性土、對粘性土：)(0iikv兩種特殊情況：兩種特殊情況： 對于粘性很大的密實粘土，有一對于粘性很大的密實粘土，有一起始坡降起始坡降i i0 0 ，當(dāng)，當(dāng)i ii i i0 0 時，滲流才時，滲流才能發(fā)生能發(fā)生, ,如右下圖所示。如右下圖所示。2、對礫土（粗顆粒）、對礫土（粗顆粒）： 只有在水力坡降很小的情況下才能適用；在較大水力只有在水力坡降很小的情況下才能適用；在較

12、大水力梯度下，水在土中的流動進(jìn)入湍流狀態(tài)，滲流速度與梯度下，水在土中的流動進(jìn)入湍流狀態(tài)，滲流速度與水力梯度呈非線性關(guān)系，此時達(dá)西定律不能適用，如水力梯度呈非線性關(guān)系，此時達(dá)西定律不能適用，如圖（圖（c）所示。）所示。 必須指出必須指出，由式，由式(2.4.1)(2.4.1)求出的滲透速度求出的滲透速度 v v 是是一種假想的平均流速，因為它假定水在土中的滲透是一種假想的平均流速，因為它假定水在土中的滲透是通過通過整個土體截面整個土體截面來進(jìn)行的，而實際上，滲透水僅僅來進(jìn)行的，而實際上，滲透水僅僅通過土體中的通過土體中的孔隙流動孔隙流動，實際平均流速，實際平均流速v v 要比假想要比假想的平均流

13、速大很多。的平均流速大很多。它們之間的關(guān)系為：它們之間的關(guān)系為：eevnvAAvv12.4 達(dá)西定律及其適用范圍達(dá)西定律及其適用范圍2.5 滲透系數(shù)滲透系數(shù)2.5.1 2.5.1 滲透系數(shù)滲透系數(shù)k k的測定：的測定：室內(nèi)試驗和現(xiàn)場試驗室內(nèi)試驗和現(xiàn)場試驗1.1.常水頭法（室內(nèi)試驗）常水頭法（室內(nèi)試驗）適用：透水性強(qiáng)無粘性土適用：透水性強(qiáng)無粘性土AtLhkAtkiAtQAhtQLk 常水頭試驗裝置示意圖常水頭試驗裝置示意圖 適用：透水性弱的粘性土適用：透水性弱的粘性土2.2.變水頭法（室內(nèi)試驗）變水頭法（室內(nèi)試驗）達(dá)西定律達(dá)西定律變水頭試驗裝置示意圖變水頭試驗裝置示意圖a2.5 滲透系數(shù)滲透系數(shù)

14、adhdQdtLhkAdQ hdhkAaLdthdhkAaLdthhtt21212112ln)(hhttAaLk2112lg)(3 . 2hhttAaLk流過流過試樣的水流量為：試樣的水流量為： 根據(jù)根據(jù)達(dá)西定律，有：達(dá)西定律，有：【例【例2 2】 設(shè)變水頭試驗時，黏土試樣的截面積為設(shè)變水頭試驗時，黏土試樣的截面積為 ，厚度為，厚度為 ；滲透儀細(xì)玻璃管的內(nèi)徑為；滲透儀細(xì)玻璃管的內(nèi)徑為 ，試驗開始時，水位差為試驗開始時，水位差為 ，經(jīng)時段，經(jīng)時段 ，觀測，觀測的水位差為的水位差為 ，試驗時水溫為，試驗時水溫為 , ,試求試樣的滲試求試樣的滲透系數(shù)。透系數(shù)。230cmcm4cm4 . 0cm160

15、s25min7cm145C20230cmA cmL4222126. 0)4 . 0(44cmda，cmh1601sssttcmh44525607, 0145212，scmscmhhttAaLk/1071. 3/145160lg445304126. 03 . 2lg)(3 . 262112scm/1071. 36- 【解】已知面積【解】已知面積 ，滲流長度，滲流長度 ，細(xì)玻，細(xì)玻璃管的內(nèi)徑截面積璃管的內(nèi)徑截面積 。 ，由式，由式.2可求可求得：得：即試樣的滲透系數(shù)為即試樣的滲透系數(shù)為 。2.5.2 2.5.2 成層土的滲透系數(shù)成層土的滲透系數(shù)與土層面與土層面平行平行時的時的平均滲

16、流系數(shù)平均滲流系數(shù)成層土滲流示意圖成層土滲流示意圖niiiniixxHikqq11HikqxxniiixHkHk11達(dá)西達(dá)西定律定律2.5 滲透系數(shù)滲透系數(shù) 【例【例3】如圖】如圖3.10所示為一工程地質(zhì)剖面圖，圖中虛線為所示為一工程地質(zhì)剖面圖，圖中虛線為淺水位線。已知淺水位線。已知 ， ， ， ，第層土的滲透系數(shù)第層土的滲透系數(shù) ，第層圖的滲透系，第層圖的滲透系數(shù)數(shù) ，其下為不透水層。問通過，其下為不透水層。問通過1,2之間的斷面寬度之間的斷面寬度（每米）平均水平滲流量是多少？（每米）平均水平滲流量是多少？mh151mh102Mm5ml50dmk/51dmk/502 【解】從題目中可以得到計

17、算區(qū)間的平均水力坡降為：【解】從題目中可以得到計算區(qū)間的平均水力坡降為： 通過第通過第層土的流量：層土的流量： 通過第層土的平均流量：通過第層土的平均流量： 通過兩層土的總流量：通過兩層土的總流量：1 . 0501015idmiMkq/2551 . 050322dmikq/25. 65 .121 . 0521015311dmdm/25.31/25. 62533）（與土層面與土層面垂直垂直時的時的平均滲流系數(shù)平均滲流系數(shù)iyyqq AHhkqyyniiiykHHk1AHhkqiiiiy2.5 滲透系數(shù)滲透系數(shù) 【例【例4 4】不透水巖基上有水平分布的三層土，厚度均為】不透水巖基上有水平分布的三層

18、土，厚度均為 ，滲透系數(shù)分別為，滲透系數(shù)分別為 ， ， , ,試求試求等效土層的等效滲透系數(shù)等效土層的等效滲透系數(shù) 和和 。 m1dmk/11dmk/22dmk/103xkykdmdmhkhkhkHkx/33. 4/)321 (31)(1332211dmdmkHHkniiiy/87. 1/101211131 【解】由式（【解】由式（.3）得：）得： 根據(jù)式（根據(jù)式（.4）得：）得： 對于成層土，如果各土層的對于成層土，如果各土層的厚度大致相近厚度大致相近，而而滲透性卻相差懸殊滲透性卻相差懸殊時，時，與層面平行的平均滲透與層面平行的平均滲透系數(shù)系數(shù)k kx x將取

19、決于將取決于最透水土層最透水土層的厚度和滲透性，而的厚度和滲透性，而與層面垂直的平均滲透系數(shù)與層面垂直的平均滲透系數(shù)k ky y將取決于將取決于最不透水最不透水土層土層的厚度和滲透性。因此，成層土的厚度和滲透性。因此，成層土與層面平行與層面平行的平均滲透系數(shù)的平均滲透系數(shù)k kx x總大于總大于與層面垂直的平均滲透與層面垂直的平均滲透系數(shù)系數(shù)k ky y。2.5 滲透系數(shù)滲透系數(shù)【例】【解答】daymkmHdaymkmHdaymkmH/100,0 . 1/1,0 . 1/01. 0,0 . 1332211 按層厚加權(quán)平均，由較大值控制按層厚加權(quán)平均，由較大值控制倒數(shù)層厚加權(quán)平均，由較小值控制倒

20、數(shù)層厚加權(quán)平均，由較小值控制daymHHkkiix/67.33 daymkHHkiiz/03. 0 2.5.3 2.5.3 影響土滲透性的因素影響土滲透性的因素砂性土砂性土：顆粒大小、級配、密度、土中封閉氣泡：顆粒大小、級配、密度、土中封閉氣泡 粘性土粘性土：礦物成分、結(jié)合水膜厚度、土的結(jié)構(gòu)構(gòu)造等：礦物成分、結(jié)合水膜厚度、土的結(jié)構(gòu)構(gòu)造等級配越不好級配越不好顆粒越均勻顆粒越均勻滲透性越好滲透性越好級配越好級配越好顆粒越不均勻顆粒越不均勻滲透性越不好滲透性越不好粘粒越多粘粒越多滲透性越不好滲透性越不好2.5 滲透系數(shù)滲透系數(shù)2.6 二維滲流及流網(wǎng)應(yīng)用二維滲流及流網(wǎng)應(yīng)用2.6.1 2.6.1 流網(wǎng)的

21、概念流網(wǎng)的概念跡跡 線線：同一水質(zhì)點在不同時刻位置點的連線。：同一水質(zhì)點在不同時刻位置點的連線。流流 線線：在滲流方向上，同一時刻不同水質(zhì)點的連線形：在滲流方向上，同一時刻不同水質(zhì)點的連線形成的曲線，在該曲線上所有各質(zhì)點的瞬時流速矢量都和該成的曲線，在該曲線上所有各質(zhì)點的瞬時流速矢量都和該曲線相切。在曲線相切。在穩(wěn)定流穩(wěn)定流的情況下，的情況下，跡線跡線和和流線流線重合。重合。 等勢線等勢線：沿著每條流線，水流的勢能由高到低，把各流線：沿著每條流線，水流的勢能由高到低，把各流線上勢能相等的點連成線所組成的連線。上勢能相等的點連成線所組成的連線。流流 網(wǎng)網(wǎng)：一組流線和一組等勢線交織的正交網(wǎng)格。：一

22、組流線和一組等勢線交織的正交網(wǎng)格。穩(wěn)定流條件下，均勻且各向同性介質(zhì)中的滲流，在穩(wěn)定流條件下，均勻且各向同性介質(zhì)中的滲流，在x-zx-z平面內(nèi)：平面內(nèi)：滲流場：可以用滲流場：可以用拉普拉斯方程拉普拉斯方程來描述來描述流流 線：可以用線：可以用流函數(shù)流函數(shù) 來描述，來描述，流函數(shù)流函數(shù)滿足滿足拉普拉斯拉普拉斯方程方程等勢線：可以用等勢線：可以用勢函數(shù)勢函數(shù) 來描述，來描述，勢函數(shù)勢函數(shù)滿足滿足拉普拉斯拉普拉斯方程方程02222zhxh02222zx),(zx),(zx02222zx2.6 二維滲流及流網(wǎng)應(yīng)用二維滲流及流網(wǎng)應(yīng)用 如果取相鄰兩條流線之間通過的流量相等，相鄰兩條等如果取相鄰兩條流線之間通

23、過的流量相等，相鄰兩條等勢線之間的勢能差值相等。勢線之間的勢能差值相等。流線疏密程度：流線疏密程度：反映出地下水徑流的強(qiáng)度不同，流線越密徑反映出地下水徑流的強(qiáng)度不同，流線越密徑流強(qiáng)度越大流強(qiáng)度越大等勢線疏密程度：等勢線疏密程度：反映出水力梯度的變化率，等勢線越密水反映出水力梯度的變化率，等勢線越密水力梯度越大力梯度越大2.6 二維滲流及流網(wǎng)應(yīng)用二維滲流及流網(wǎng)應(yīng)用2.6.2 2.6.2 流網(wǎng)作圖的特點流網(wǎng)作圖的特點 1 1）首先要弄清滲流場的）首先要弄清滲流場的邊界條件。邊界條件。 2 2）流網(wǎng)中的）流網(wǎng)中的流線流線和和等勢線正交等勢線正交，近似成，近似成直角。直角。 3 3）作流網(wǎng)圖時，使相鄰

24、兩條流線之間通過的）作流網(wǎng)圖時，使相鄰兩條流線之間通過的流量相等流量相等，相鄰兩條等勢線之間的，相鄰兩條等勢線之間的勢能差值相等。勢能差值相等。 4 4）流網(wǎng)圖）流網(wǎng)圖的最終完成只能是的最終完成只能是逐步逐步做成的。做成的。2.6 二維滲流及流網(wǎng)應(yīng)用二維滲流及流網(wǎng)應(yīng)用2.6.3 2.6.3 流網(wǎng)圖的應(yīng)用流網(wǎng)圖的應(yīng)用 以一個例子來說明其應(yīng)用情況，有關(guān)尺寸如圖：以一個例子來說明其應(yīng)用情況，有關(guān)尺寸如圖： 1 1、求圖中、求圖中A A點的點的孔隙水壓力孔隙水壓力u uA A 2 2、求、求滲流水量滲流水量2.6 二維滲流及流網(wǎng)應(yīng)用二維滲流及流網(wǎng)應(yīng)用1 1、求圖中、求圖中A A點的點的孔隙水壓力孔隙水

25、壓力u uA A勢能水頭差：h=P1-P2=2.0m 相鄰等勢線間的水頭差為0.25m故PA=5.875mA點總勢能水頭：PA=uA/w+zA其中zA=3.5m為位置水頭則：UA=(PA-zA) w=23.75kPa2.6 二維滲流及流網(wǎng)應(yīng)用二維滲流及流網(wǎng)應(yīng)用2 2、求、求滲流水量滲流水量沿圖中縱向取單位長度1m單位時間內(nèi)流量：qv=vF=kiF=khnf b/(nda)其中水力坡降： i=h/a=h/(nda)， 過水?dāng)嗝妫篎=nf b1式中，nd為沿著流線勢能降低的階數(shù)，nf為沿著等勢線流帶的劃分?jǐn)?shù)，本例中流網(wǎng)圖近似為正方形網(wǎng)格，即：a=b；nd=8，nf =4則：qv=1.010-4m3

26、/s2.6 二維滲流及流網(wǎng)應(yīng)用二維滲流及流網(wǎng)應(yīng)用2.7.1 2.7.1 滲流壓力滲流壓力 滲流壓力滲流壓力是指當(dāng)?shù)叵滤疂B流時，對土顆粒骨架產(chǎn)是指當(dāng)?shù)叵滤疂B流時，對土顆粒骨架產(chǎn)生的壓力，也稱生的壓力，也稱動水壓力動水壓力G Gd d ( (單位為單位為KN/mKN/m3 3) )。 滲流的水所受到土的顆粒骨架的滲流的水所受到土的顆粒骨架的阻力阻力T T T = - T = - G Gd d大小大?。?T =T =w w i (KN/m i (KN/m3 3) )方向方向：自上而下、自下而上、水平：自上而下、自下而上、水平作用作用：沖刷作用、影響土體滲流穩(wěn)定性：沖刷作用、影響土體滲流穩(wěn)定性2.7

27、滲流力、流沙和潛蝕的危害及防治滲流力、流沙和潛蝕的危害及防治對水柱體BA受力分析：前提：水頭差(H1-H2)；長度 L；截面積F，忽略滲流水慣性力。 B截面水壓力： fB=wh1F A截面水壓力： fA= wh2F 水流自重： wLF 土的顆粒骨架對水的阻力TFLT （ Gd ）公式的推導(dǎo)：）公式的推導(dǎo)：wh2Fwh1FwLFcosTLFwLF根據(jù)力的極限平衡，水柱BA上各力的平衡關(guān)系式wh1F+wLFcos-wh2F-TFL=0消去公因子F，并把 cos （z1z2）/L代入，整理有 wh1+ w(z1-z2) - wh2 - TL=0 w(z1-z2) +(h1-h2) TL=0由于 z1

28、h1=H1， z2h2=H2 i=(H1-H2)/L= (z1-z2)+(h1-h2)/L 整理得到 T w i即動水壓力 Gd w i動水壓力Gd方向和滲流方向一致T （ Gd ）公式的推導(dǎo)：）公式的推導(dǎo)：2.7 滲流力、流沙和潛蝕的危害及防治滲流力、流沙和潛蝕的危害及防治.2 2 流沙流沙 1.1.流沙現(xiàn)象：流沙現(xiàn)象：滲流自下而上滲流自下而上 在水下單位體積土的有效重力為：在水下單位體積土的有效重力為： 當(dāng)土粒所受的動水壓力等于或大于土的有效重力當(dāng)土粒所受的動水壓力等于或大于土的有效重力 土顆粒間的有效接觸力為零，土粒呈懸浮狀態(tài)，并隨土顆粒間的有效接觸力為零，土粒呈懸浮狀態(tài)，

29、并隨滲流水一起流動上涌，表土層變得象液體一樣，完全失去滲流水一起流動上涌，表土層變得象液體一樣，完全失去抗剪強(qiáng)度，地層遭到破壞?？辜魪?qiáng)度，地層遭到破壞。產(chǎn)生流沙iGwdwsatW地震引起的砂土液化地震引起的砂土液化2.2.流沙形成的條件流沙形成的條件（1 1）顆粒級配）顆粒級配 不均勻系數(shù)不均勻系數(shù)C Cu u1010，孔隙率，孔隙率n n較大，細(xì)粒填料（較大，細(xì)粒填料（d2mmd2mm）大于大于30-35%30-35%，土質(zhì)疏松、透水快，易發(fā)生流沙。，土質(zhì)疏松、透水快，易發(fā)生流沙。（2 2）水動力條件）水動力條件 產(chǎn)生產(chǎn)生流沙臨界狀態(tài)：流沙臨界狀態(tài)： 流沙臨界水力梯度：流沙臨界水力梯度：ed

30、ndisswcr11)1)(1(iGwd2.7 滲流力、流沙和潛蝕的危害及防治滲流力、流沙和潛蝕的危害及防治3.3.流沙的防治流沙的防治 1 1）施工上采取特殊處理：）施工上采取特殊處理：凍結(jié)法施工、打鋼板樁、凍結(jié)法施工、打鋼板樁、設(shè)防滲墻。設(shè)防滲墻。 2 2）降低水力梯度）降低水力梯度(i=(i=h/L)h/L)：降低水頭差降低水頭差h h，延長，延長滲流路徑。滲流路徑。 3 3）對于基坑底面下有相對不透水層，其下有承壓水）對于基坑底面下有相對不透水層，其下有承壓水時，時，應(yīng)滿足承壓水以上土的總重量大于承壓水的水壓力應(yīng)滿足承壓水以上土的總重量大于承壓水的水壓力： 4 4）在工程現(xiàn)場采用）在工

31、程現(xiàn)場采用填堵，拋填粗填料。填堵，拋填粗填料。 5 5）利用其上土層作為）利用其上土層作為天然地基天然地基，也可利用，也可利用樁基穿透樁基穿透流沙層流沙層。wwiiHh2.7 滲流力、流沙和潛蝕的危害及防治滲流力、流沙和潛蝕的危害及防治 有一粘土層位于兩砂層之間，其中砂層的濕重度有一粘土層位于兩砂層之間，其中砂層的濕重度r=17.6kN/mr=17.6kN/m3 3，飽和重度，飽和重度r rsatsat=19.6kN/m=19.6kN/m3 3，粘土層的飽和，粘土層的飽和重度重度r rsatsat=20.6kN/m=20.6kN/m3 3，土層厚度如圖所示。地下水保持，土層厚度如圖所示。地下水

32、保持在地面以下在地面以下1.5m1.5m處，若下層砂中有承壓水，其測壓管水處，若下層砂中有承壓水，其測壓管水位高出地面位高出地面3m3m。若粘土層發(fā)生流沙，則下層砂中的承壓若粘土層發(fā)生流沙，則下層砂中的承壓水引起的測壓管水位應(yīng)當(dāng)高出地面多少米？水引起的測壓管水位應(yīng)當(dāng)高出地面多少米？ 例題例題xm3m1.5m1.5m砂土層粘土層砂土層地地 面面地下水位地下水位ab解：設(shè)測壓管水位高出地面 x m， 則砂土層上界面b以上： 總靜水壓力總靜水壓力 總重量總重量令靜水壓力=總重量，得 x = 5.76m當(dāng)高出地面5.76m時將發(fā)生流沙。)kPa( 6 .117332211hhhhsatsatii方法一：判斷靜水壓力與土總重量之間的平衡方法一：判斷靜水壓力與土總重量之間的平衡iiwwhH(3 1.5 1.5)wwwHxxm3m1.5m1.5m砂土層粘土層砂土層地地 面面地下水位地下水位ab解：設(shè)測壓管水位高出地面解：設(shè)測壓管水位高出地面x m，則砂土層上界面，則砂土層上界面b 以上：以上：總滲流壓力總滲流壓力其中，其中， 為滲流壓力作用的長度為滲流壓力作用的長度總有效重量總有效重