土力學(xué)第二章-清華大學(xué)于玉貞-2015

1、1土 力 學(xué)清華大學(xué)土木水利學(xué)院巖土工程研究所于 玉 貞2土的滲透性和滲流問題 第二章作業(yè)2-1，2-2，2-42-5（B在A、C正中間）2-7，2-9，2-10 （選做）3本章特點本章特點學(xué)習(xí)要點學(xué)習(xí)要點主要難點主要難點有較嚴(yán)格的理論（水流的一般規(guī)律）有較嚴(yán)格的理論（水流的一般規(guī)律）有經(jīng)驗性規(guī)律（散粒體多孔介質(zhì)特性）有經(jīng)驗性規(guī)律（散粒體多孔介質(zhì)特性）注重對物理概念和意義的深入理解注重對物理概念和意義的深入理解注意土是散粒體（多孔介質(zhì)）這一特點注意土是散粒體（多孔介質(zhì)）這一特點 水頭及水力坡降水頭及水力坡降二維流網(wǎng)及其應(yīng)用二維流網(wǎng)及其應(yīng)用滲透力及其分析方法滲透力及其分析方法2 土的滲透性和滲流

2、問題 42 土的滲透性和滲流問題 碎散性多孔介質(zhì)多孔介質(zhì)三相體系孔隙流體流動孔隙流體流動滲流水、氣等流體在土體等多孔介質(zhì)的孔隙中流動的現(xiàn)象滲透性土體等多孔介質(zhì)具有被水、氣等流體透過的性質(zhì)滲透特性滲透特性強度特性強度特性變形特性變形特性非飽和土的滲透性非飽和土的滲透性飽和土的滲透性飽和土的滲透性概述能量差土顆粒土顆粒土中水土中水滲流滲流5概述滲流量滲透變形(滲透破壞)土石壩防滲斜墻及鋪蓋浸潤線透水層不透水層土石壩壩基壩身滲流2 土的滲透性和滲流問題 6滲水壓力揚壓力滲流量滲透變形透水層不透水層基坑板樁墻板樁圍護(hù)下的基坑滲流概述2 土的滲透性和滲流問題 7滲流量透水層不透水層天然水面天然水面水井滲

3、流漏斗狀潛水面漏斗狀潛水面Q概述2 土的滲透性和滲流問題 地下水位8滲流量原地下水位原地下水位滲流時地下水位滲流時地下水位渠道滲流概述2 土的滲透性和滲流問題 水位9滲流滑坡滲流滑坡概述2 土的滲透性和滲流問題 10滲流量滲透變形滲水壓力滲流滑坡土的滲透性及滲流規(guī)律土的滲透性及滲流規(guī)律二維滲流及流網(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揚壓力土坡穩(wěn)定分析土坡穩(wěn)定分析擋水建筑物 集水建筑物 引水結(jié)構(gòu)物 基坑等地下施工多雨地區(qū)邊坡概述2 土的滲透性和滲流問題 水位112.1 土的滲透性與滲流規(guī)律 2.2 平面滲流與流網(wǎng) 2.3 滲透力與滲透變形 2 土的滲透性和滲流問題 122.1 土的滲

4、透性與滲流規(guī)律 一滲流中的水頭與水力坡降二滲透試驗與達(dá)西定律三滲透系數(shù)的測定及影響因素四層狀地基的等效滲透系數(shù)2 土的滲透性和滲流問題 13ABL2.1 土的滲透性與滲流規(guī)律 透水層透水層不透水層不透水層基坑基坑板樁墻板樁墻2 土的滲透性和滲流問題 一滲流中的水頭與水力坡降14ABL一滲流中的水頭與水力坡降h1h2zAwAu wBu zBh h00基準(zhǔn)面基準(zhǔn)面水力坡降線水力坡降線g2vuzh2w wAA1uzh wBB2uzh 12hhh wuzh Lhi 總水頭總水頭單位重量水體所具有的能量z：位置水頭：位置水頭u/w：壓力水頭：壓力水頭V2/(2g)：流速水頭流速水頭0A點總水頭：點總水頭

5、：B點總水頭：點總水頭：總水頭：總水頭：水力坡降：水力坡降：2.1 土的滲透性與滲流規(guī)律 2 土的滲透性和滲流問題 水頭差：水頭差：測管水頭測管水頭15二. 滲透試驗與達(dá)西定律試驗前提試驗前提：層流層流h，Q A，Q L，QLhAQ 斷面平均流速斷面平均流速水力坡降水力坡降A(chǔ)Qv Lhi iv 1. 滲透試驗試驗結(jié)果：試驗結(jié)果：基于一系列試驗基于一系列試驗試驗裝置：試驗裝置：如圖如圖試驗條件試驗條件: : h1，A，L=const（一個試驗）（一個試驗）量測變量量測變量: : h2，V，Th=h1-h2Q=V/T2.1 土的滲透性與滲流規(guī)律 2 土的滲透性和滲流問題 162. 達(dá)西定律vk i

6、svvvn 滲透定律在層流狀態(tài)的滲流中，滲流速度在層流狀態(tài)的滲流中，滲流速度v與水力坡降與水力坡降i的一次方成正比，并與土的性質(zhì)有關(guān)。的一次方成正比，并與土的性質(zhì)有關(guān)。二. 滲透試驗與達(dá)西定律vi注意：注意：AAvvAnAv：假想滲流速度，土體試樣全斷面的平均滲流速度假想滲流速度，土體試樣全斷面的平均滲流速度vs：實際平均滲流速度，孔隙斷面的平均滲流速度實際平均滲流速度，孔隙斷面的平均滲流速度A AvQvA vsAvk: : 反映土的透水性能的比例系數(shù)，稱為反映土的透水性能的比例系數(shù)，稱為滲透系數(shù)滲透系數(shù)物理意義：物理意義：水力坡降水力坡降i1 1時的滲流速度時的滲流速度常用單位：常用單位：m

7、m/s, cm/s, m/s, m/day2.1 土的滲透性與滲流規(guī)律 2 土的滲透性和滲流問題 172. 達(dá)西定律 適用條件：層流（線性流）層流（線性流）2.1 土的滲透性與滲流規(guī)律 2 土的滲透性和滲流問題 二. 滲透試驗與達(dá)西定律 巖土工程中的絕大多數(shù)滲流問巖土工程中的絕大多數(shù)滲流問題，包括砂土或一般粘土，均題，包括砂土或一般粘土，均屬層流范圍。屬層流范圍。 在粗粒土孔隙中，水流形態(tài)可在粗粒土孔隙中，水流形態(tài)可能會隨流速增大呈紊流狀態(tài)，能會隨流速增大呈紊流狀態(tài)，滲流不再服從達(dá)西定律。滲流不再服從達(dá)西定律。 可用雷諾數(shù)可用雷諾數(shù)Re進(jìn)行判斷。進(jìn)行判斷。 也可用臨界流速也可用臨界流速vcr進(jìn)

8、行判斷。進(jìn)行判斷。( (: :運動粘滯系數(shù)）運動粘滯系數(shù)）Re5時層流時層流Re 200時紊流時紊流200 Re 5時為過渡區(qū)時為過渡區(qū) 10ev dR182. 達(dá)西定律（1）粗粒土：）粗粒土：礫石類土中的滲流常礫石類土中的滲流常不不符合達(dá)西定律符合達(dá)西定律砂土中滲透速度砂土中滲透速度 vcr= 0.30.5 cm/s = 0.0030.005 m/sivovcrivoi0 兩種特例：（2）粘性土：）粘性土：致密的粘土致密的粘土 i i0, v = k(i - i0 )(1)mvkim2.1土的滲透性與滲流規(guī)律 2 土的滲透性和滲流問題 二. 滲透試驗與達(dá)西定律19三. 滲透系數(shù)的測定及影響因

9、素 室內(nèi)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. 測定方法2.1 土的滲透性與滲流規(guī)律 2 土的滲透性和滲流問題 20 室內(nèi)試驗方法室內(nèi)試驗方法1 1常水頭試驗法常水頭試驗法三. 滲透系數(shù)的測定及影響因素 1. 測定方法結(jié)果整理結(jié)果整理試驗裝置：試驗裝置：如圖如圖試驗條件試驗條件: : h，A，L=const量測變量量測變量: : V，ti=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2.1 土的滲透性與滲流規(guī)律 2 土的滲透性和滲流問題 hL土樣土樣

10、AVQ 室內(nèi)試驗方法室內(nèi)試驗方法2 2變水頭試驗法變水頭試驗法透水性較小的粘性土透水性較小的粘性土? ?21三. 滲透系數(shù)的測定及影響因素 1. 測定方法 室內(nèi)試驗方法室內(nèi)試驗方法2 2變水頭試驗法變水頭試驗法試驗裝置：試驗裝置：如圖如圖試驗條件試驗條件: : h變化變化，A、L=const量測變量量測變量: : h ，t2.1 土的滲透性與滲流規(guī)律 2 土的滲透性和滲流問題 土樣土樣At=t1h1t=t2h2LQ水頭水頭測管測管開關(guān)開關(guān)a22三. 滲透系數(shù)的測定及影響因素 1. 測定方法 室內(nèi)試驗方法室內(nèi)試驗方法2 2變水頭試驗法變水頭試驗法結(jié)果整理結(jié)果整理: :理論依據(jù)理論依據(jù): :t時刻

11、：時刻： hdtdhdVe= - adhdVo=kiAdt=k (h/L)AdtdVe=dVo流入量流入量：流出量：流出量：連續(xù)性條件：連續(xù)性條件：-adh =k (h/L)AdthdhkAaLdt 21th0haLdhdkAh 21hhlnkAaLt 21hhlnAtaLk 選擇幾組選擇幾組h1, h2, t ，計算相應(yīng)的，計算相應(yīng)的k，取平均值，取平均值2.1 土的滲透性與滲流規(guī)律 2 土的滲透性和滲流問題 土樣土樣At=t1h1t=t2h2LQ水頭水頭測管測管開關(guān)開關(guān)ahdhtt+dt23 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優(yōu)點：優(yōu)點：可獲得現(xiàn)場較為可可獲得

12、現(xiàn)場較為可靠的平均滲透系數(shù)靠的平均滲透系數(shù)1. 測定方法三. 滲透系數(shù)的測定及影響因素 地下水位地下水位測壓管水面測壓管水面井井抽水量抽水量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 缺點：缺點：費用較高，耗時較長費用較高，耗時較長實驗方法：實驗方法：理論依據(jù)：理論依據(jù)：2.1 土的滲透性與滲流規(guī)律 2 土的滲透性和滲流問題 積分k=f(土骨架特性，流體特性土骨架特性，流體特性)242.影響因素 粒徑大小及級配粒徑大小及級配 孔隙比孔隙比

13、 礦物成分礦物成分 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)三. 滲透系數(shù)的測定及影響因素 飽和度（含氣量）飽和度（含氣量） 水的粘滯系數(shù)水的粘滯系數(shù)2.1 土的滲透性與滲流規(guī)律 2 土的滲透性和滲流問題 252.影響因素 三. 滲透系數(shù)的測定及影響因素 2.1 土的滲透性與滲流規(guī)律 2 土的滲透性和滲流問題 粒徑大小及級配：粒徑大小及級配：是土中孔隙直徑大小的主要影響因素；因由粗顆粒形是土中孔隙直徑大小的主要影響因素；因由粗顆粒形成的大孔隙可被細(xì)顆粒充填，故土體孔隙的大小一般由細(xì)顆粒所控制。成的大孔隙可被細(xì)顆粒充填，故土體孔隙的大小一般由細(xì)顆粒所控制。（1）土骨架特性的影響）土骨架特性的影響孔隙比：孔隙比：是單位土體中孔隙

14、體積的直接度量；滲透系數(shù)是單位土體中孔隙體積的直接度量；滲透系數(shù)k一般隨孔隙比一般隨孔隙比e增大而增大。增大而增大。礦物成分：礦物成分：對粘性土，影響顆粒的表面力；不同粘土礦物之間滲透系對粘性土，影響顆粒的表面力；不同粘土礦物之間滲透系數(shù)相差極大，其滲透性大小的次序為高嶺石數(shù)相差極大，其滲透性大小的次序為高嶺石伊里石伊里石蒙脫石；塑性指蒙脫石；塑性指數(shù)數(shù)Ip綜合反映土的顆粒大小和礦物成份，常是滲透系數(shù)的參數(shù)。綜合反映土的顆粒大小和礦物成份，常是滲透系數(shù)的參數(shù)。結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：影響孔隙的構(gòu)成和方向性，對粘性土影響更大；在宏觀構(gòu)造上，影響孔隙的構(gòu)成和方向性，對粘性土影響更大；在宏觀構(gòu)造上，天然沉積層狀

15、粘性土層，常使得天然沉積層狀粘性土層，常使得 k水平水平 k垂直垂直；在微觀結(jié)構(gòu)上，當(dāng)孔隙；在微觀結(jié)構(gòu)上，當(dāng)孔隙比相同時，凝聚結(jié)構(gòu)將比分散結(jié)構(gòu)具有更大的透水性。比相同時，凝聚結(jié)構(gòu)將比分散結(jié)構(gòu)具有更大的透水性。26飽和度飽和度 Sr(%)滲透系數(shù)滲透系數(shù)k(10-3cm/s)876543280 90 100飽和度的影響飽和度的影響流體粘滯性的影響流體粘滯性的影響溫度高溫度高粘滯性低粘滯性低滲透系數(shù)大滲透系數(shù)大封閉氣泡對封閉氣泡對k影響很大，可影響很大，可減少有效滲透面積，還可減少有效滲透面積，還可以堵塞孔隙的通道以堵塞孔隙的通道2.影響因素 三. 滲透系數(shù)的測定及影響因素 2.1 土的滲透性與滲

16、流規(guī)律 2 土的滲透性和滲流問題 （2）流體特性的影響）流體特性的影響27四四. 層狀地基的等效滲透系數(shù)層狀地基的等效滲透系數(shù)等效滲透系數(shù)已知各層的已知各層的km考慮滲流方向考慮滲流方向天然土層多呈層狀天然土層多呈層狀2.1 土的滲透性與滲流規(guī)律 2 土的滲透性和滲流問題 H1H2H3Hk1k2k3xz不透水層不透水層2828H1H2H3Hhk1k2k3xzq1xq3xq2xL四.層狀地基的等效滲透系數(shù)1122不透水層不透水層水平滲流水平滲流條件條件: :mhiiL xmxqqmHH等效滲透系數(shù)等效滲透系數(shù): :qx=vxH=kxiHqmx=kmimHm mxmmmH1kH kkHH2.1土的

17、滲透性與滲流規(guī)律 2 土的滲透性和滲流問題 29H1H2H3Hhk1k2k3xz四. 層狀地基的等效滲透系數(shù)豎直滲流豎直滲流:v承壓水承壓水條件條件:mvvmhh mHH等效滲透系數(shù)等效滲透系數(shù): :mmmvHhk zkvHh mzmvHvHkk zmmHkHk mzmH11kH k 2.1 土的滲透性與滲流規(guī)律 2 土的滲透性和滲流問題 mmmmhvkH 30算例算例 day/m100k,m0 . 1Hday/m1k,m0 . 1Hday/m01. 0k,m0 . 1H332211 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)按層厚加權(quán)平均，由較小值控制倒數(shù)按層厚加權(quán)平均，由

18、較小值控制day/m67.33HHkkiix day/m03. 0kHHkiiz 四. 層狀地基的等效滲透系數(shù)2.1 土的滲透性與滲流規(guī)律 2 土的滲透性和滲流問題 312.1 土的滲透性與滲流規(guī)律 2.2 平面滲流與流網(wǎng) 2.3 滲透力與滲透變形 2 土的滲透性和滲流問題 322.2 平面滲流與流網(wǎng) zxzvxvdxxvvxx dzzvvzz hh恒定恒定t足夠長足夠長穩(wěn)定滲流穩(wěn)定滲流h=h(x,z), v=v(x,z)對單寬對單寬dy=1，取一微小單元，取一微小單元dx, dz與與y、t無關(guān)無關(guān)2 土的滲透性和滲流問題 xzy各斷面幾何各斷面幾何物理條件相同物理條件相同平面滲流平面滲流打盹

19、指數(shù)：打盹指數(shù)：033Laplace方程方程（基本方程）（基本方程）連續(xù)性條件連續(xù)性條件達(dá)西定律達(dá)西定律流線方程流線方程假定假定kx=kz2 土的滲透性和滲流問題 2.2 平面滲流與流網(wǎng) 流線描述流線描述水頭描述水頭描述勢函數(shù)的勢函數(shù)的基本方程基本方程 流函數(shù)的流函數(shù)的基本方程基本方程 勢函數(shù)勢函數(shù) 流函數(shù)流函數(shù)共軛調(diào)和，等值線正交共軛調(diào)和，等值線正交求解（流網(wǎng)）求解（流網(wǎng)）邊界條件邊界條件基本要求基本要求繪制方法繪制方法主要特點主要特點實際應(yīng)用實際應(yīng)用342.2 平面滲流與流網(wǎng) zxzvxvdxxvvxx dzzvvzz 0zvxvzx 連續(xù)性條件dxvdzvdqzxe dx)dzzvv(d

20、z)dxxvv(dqzzxxo oedqdq 2 土的滲透性和滲流問題 一. 平面滲流的基本方程及求解 1. 基本方程水頭描述水頭描述352.2 平面滲流與流網(wǎng) 0zvxvzx xxzzhhvk;vkxz 連續(xù)性條件連續(xù)性條件 達(dá)西定律達(dá)西定律0zhxh2222 0zhkxhk22z22x Laplace方程方程描述滲流場內(nèi)部的測管水頭描述滲流場內(nèi)部的測管水頭的分布，是平面穩(wěn)定滲流的的分布，是平面穩(wěn)定滲流的基本方程式之一基本方程式之一2 土的滲透性和滲流問題 假定假定 kx=kz 水頭描述水頭描述22220 xz =-kh：勢函數(shù)等價于水頭勢函數(shù)等價于水頭一. 平面滲流的基本方程及求解 1.

21、基本方程 362.2 平面滲流與流網(wǎng) 2 土的滲透性和滲流問題 1. 基本方程流線描述流線描述一. 平面滲流的基本方程及求解 22220 xz xz+ddql 同一條流線上，流函數(shù)的值為常數(shù)，流線不能相交同一條流線上，流函數(shù)的值為常數(shù)，流線不能相交l 兩條流線流函數(shù)的差值等于其間通過的流量兩條流線流函數(shù)的差值等于其間通過的流量v vx xv vz zdzdz-dx-dx(x,z)流線與流速的關(guān)系流線與流速的關(guān)系全微分存在的條件全微分存在的條件流線與流量的關(guān)系流線與流量的關(guān)系370zhxh2222 2222ff0 xz22220 xz 22220 xz 2.2 平面滲流與流網(wǎng) 2 土的滲透性和滲

22、流問題 一. 平面滲流的基本方程及求解 流線描述流線描述1. 基本方程 Laplace方程方程1 1）勢函數(shù)和流函數(shù)均滿足拉普拉斯方程）勢函數(shù)和流函數(shù)均滿足拉普拉斯方程2 2）勢函數(shù)等值線和流函數(shù)）勢函數(shù)等值線和流函數(shù)等值線等值線正交正交3 3）勢函數(shù)和流函數(shù)為共軛調(diào)和函數(shù)，兩者完備地描述了一滲流場）勢函數(shù)和流函數(shù)為共軛調(diào)和函數(shù)，兩者完備地描述了一滲流場 +d +d ba38一. 平面滲流的基本方程及求解 2. 求解方法 確定滲流場內(nèi)各點的確定滲流場內(nèi)各點的測管水頭測管水頭h 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2.2 平面滲流與流網(wǎng) 2 土的滲透性和滲流問題 其它各

23、量其它各量穩(wěn)定滲流穩(wěn)定滲流39一. 平面滲流的基本方程及求解 2. 求解方法 邊界條件邊界條件2.2 平面滲流與流網(wǎng) 2 土的滲透性和滲流問題 透水層透水層不透水層不透水層基坑基坑板樁墻板樁墻水頭邊界條件：水頭邊界條件：首尾等水頭線首尾等水頭線( (等勢線等勢線) )12 流速邊界條件：流速邊界條件：邊界流線邊界流線3 其它邊界條件：其它邊界條件：滲出面、滲出面、自由水面自由水面112240一. 平面滲流的基本方程及求解 2. 求解方法 解析方法解析方法 試驗比擬方法（電比擬方法）試驗比擬方法（電比擬方法） 數(shù)值方法數(shù)值方法 圖解法圖解法 流網(wǎng)流網(wǎng)近似求解方法近似求解方法 適用于邊界條件簡單的

24、情況適用于邊界條件簡單的情況 通解：兩個共軛調(diào)和函數(shù)通解：兩個共軛調(diào)和函數(shù)勢函數(shù)勢函數(shù)(x,z)(x,z)流函數(shù)流函數(shù)(x,z)(x,z)等勢線等勢線流線流線相互正交相互正交邊界條件邊界條件特定解特定解差分法、有限元方法，精度高，應(yīng)用愈來愈廣泛差分法、有限元方法，精度高，應(yīng)用愈來愈廣泛 利用滲流場和電場均服從利用滲流場和電場均服從Laplace方程這一特點，按一定比例制作方程這一特點，按一定比例制作模型，用電場中的等勢線和流線來模擬滲流場中的等勢線和流線，以模型，用電場中的等勢線和流線來模擬滲流場中的等勢線和流線，以達(dá)到確定滲流場中滲流要素的目的。達(dá)到確定滲流場中滲流要素的目的。理論基礎(chǔ)：理論

25、基礎(chǔ)：解析法的結(jié)果解析法的結(jié)果2.2 平面滲流與流網(wǎng) 2 土的滲透性和滲流問題 41二. 流網(wǎng)的繪制及應(yīng)用 流流 網(wǎng)：網(wǎng)：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網(wǎng)絡(luò)等勢線和流線所形成的網(wǎng)絡(luò)狀曲線簇。狀曲線簇。 流流 線線：水質(zhì)點運動的軌跡線。水質(zhì)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(wǎng)法流網(wǎng)法：通過繪制流網(wǎng)來求解滲流問題。通過繪制流網(wǎng)來求解滲流問題。Hh02.2 平面滲流與流網(wǎng) 2 土的滲透性和滲流問題 42 基本要求1. 正交性：流線與等勢線（等水頭線）必須正交正交性：流線與等勢線（等水頭線）必須正交二. 流網(wǎng)的

26、繪制及應(yīng)用 Hh0lsls2. 等值間隔流線與等值間隔等勢線形成的流網(wǎng)中，各個等值間隔流線與等值間隔等勢線形成的流網(wǎng)中，各個 網(wǎng)格的長寬比網(wǎng)格的長寬比c應(yīng)為常數(shù)。取應(yīng)為常數(shù)。取c=1，即為曲邊正方形即為曲邊正方形3. 在邊界上滿足流場邊界條件要求，保證解的唯一性。在邊界上滿足流場邊界條件要求，保證解的唯一性。2.2 平面滲流與流網(wǎng) 2 土的滲透性和滲流問題 +d +d badvaadvbb dhlcds 通解通解數(shù)學(xué)描述數(shù)學(xué)描述幾何表示幾何表示43lsHh h00ls二. 流網(wǎng)的繪制及應(yīng)用 繪制方法一個高精度的流網(wǎng)圖，需經(jīng)過一個高精度的流網(wǎng)圖，需經(jīng)過多次的修改后才能完成。多次的修改后才能完成。

27、根據(jù)滲流場根據(jù)滲流場的邊界條件的邊界條件確定邊界流線確定邊界流線和首尾等勢線和首尾等勢線正交性正交性曲邊正方形曲邊正方形初步繪制流網(wǎng)初步繪制流網(wǎng)流線流線等勢線等勢線反復(fù)修改，調(diào)整反復(fù)修改，調(diào)整精度較高的流網(wǎng)圖精度較高的流網(wǎng)圖2.2 平面滲流與流網(wǎng) 2 土的滲透性和滲流問題 工具：工具：紙鉛筆橡皮紙鉛筆橡皮44 主要特點 與上下游水位變化無關(guān)與上下游水位變化無關(guān) h=const； 與與k無關(guān)；無關(guān)； 等勢線上各點測管水頭等勢線上各點測管水頭h相等。相等。二. 流網(wǎng)的繪制及應(yīng)用 Hh0lsls2.2 平面滲流與流網(wǎng) 2 土的滲透性和滲流問題 45 測管水頭測管水頭 h 實際應(yīng)用l /Hi ）（zh

28、hiiikv HMkMqq;HkslHkqiiii 確定孔壓確定孔壓 確定流速確定流速 確定流量確定流量二. 流網(wǎng)的繪制及應(yīng)用 水力坡降水力坡降Hh0lsls2.2 平面滲流與流網(wǎng) 2 土的滲透性和滲流問題 M: 流道數(shù)流道數(shù)H= h/N: 相鄰等勢線間的水頭損失相鄰等勢線間的水頭損失46Laplace方程方程（基本方程）（基本方程）連續(xù)性條件連續(xù)性條件達(dá)西定律達(dá)西定律假定假定kx=kz流線方程流線方程水頭描述水頭描述勢函數(shù)勢函數(shù) 流線描述流線描述流函數(shù)流函數(shù)共軛、正交共軛、正交理論基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)邊界條件邊界條件小結(jié)2.2 平面滲流與流網(wǎng) 2 土的滲透性和滲流問題 求解求解平面滲流的基本方程及求

29、平面滲流的基本方程及求解解流網(wǎng)的繪制及應(yīng)流網(wǎng)的繪制及應(yīng)用用實際應(yīng)用實際應(yīng)用基本要求基本要求主要特點主要特點繪制方法繪制方法4748土的滲透性和滲流問題 第二章提醒：提醒：本周末交第二章作業(yè)本周末交第二章作業(yè)作業(yè)2-1，2-2，2-42-5（B在A、C正中間）2-7，2-9，2-10 （選做）49提示：10月21日習(xí)題討論課范圍：第一、二章 內(nèi)容： 小 測 驗 習(xí)題討論 方法討論（三相草圖法、流網(wǎng)法等） 難點討論 其它討論要求同正式考試： 閉卷、獨立完成 自帶工具（計算器、三角板等） 502.1 土的滲透性與滲流規(guī)律 2.2 平面滲流與流網(wǎng) 2.3 滲透力與滲透變形 2 土的滲透性和滲流問題 5

30、12.3 滲透力與滲透變形 一. 滲透力1、試驗現(xiàn)象滲透變形滲透變形（滲透破壞）（滲透破壞）滲透力滲透力2 土的滲透性和滲流問題 二. 滲透變形（滲透破壞） 2、物理本質(zhì)3、計算方法土水整體分析土水整體分析土水隔離分析土水隔離分析52一一. 滲透力滲透力1、試驗現(xiàn)象h=0 靜水中，土骨架會受到浮力作用。靜水中，土骨架會受到浮力作用。h0 水在流動時，水流受到來自土骨架的阻力，同時流動的孔隙水對土水在流動時，水流受到來自土骨架的阻力，同時流動的孔隙水對土顆粒產(chǎn)生摩擦拖曳力和推力（動水壓力差）。顆粒產(chǎn)生摩擦拖曳力和推力（動水壓力差）。滲透力滲透力 j ：孔隙水滲流對土骨架的作用力，方向與滲流方向一

31、致?？紫端疂B流對土骨架的作用力，方向與滲流方向一致。h1hh200hwL土樣濾網(wǎng)貯水器a b2 土的滲透性和滲流問題 2.3 滲透力與滲透變形 53一. 滲透力土土粒粒滲滲 流流j2.3 滲透力與滲透變形 2 土的滲透性和滲流問題 滲透力與浮力有何區(qū)別？2、物理本質(zhì)土土粒粒土土粒粒摩擦拖曳力推力(動水壓力差)54h200hwL土樣濾網(wǎng)貯水器a bP2WP1R靜水中的土體靜水中的土體A=1W = = LsatsatL( + w)P1 = = whwP2 = = wh2R = ?R + P2 = W + P1R + wh2 = L( + w) + whw R = L 土水整體分析土水整體分析2.3

32、 滲透力與滲透變形 2 土的滲透性和滲流問題 一. 滲透力3、計算方法容器壁光滑容器壁光滑55h1hh200hwL土樣濾網(wǎng)貯水器a bP2WP1R靜水中的土體靜水中的土體A=1W = = LsatsatL( + w)P1 = = whwP2 = = wh1R = ?R + P2 = W + P1R + wh1 = L( + w) + whw R = L whR = L 滲流中的土體滲流中的土體2.3 滲透力與滲透變形 2 土的滲透性和滲流問題 一. 滲透力土水整體分析土水整體分析3 3、計算方法、計算方法56h1hh200hwL土樣濾網(wǎng)貯水器a bP2WP1R靜水中的土體靜水中的土體A=1R

33、= L whR = L 滲流中的土體滲流中的土體向上滲流存在時，濾網(wǎng)支持力減少向上滲流存在時，濾網(wǎng)支持力減少減少的部分由誰承擔(dān)？減少的部分由誰承擔(dān)？水與土之間的作用力滲流的拖曳力水與土之間的作用力滲流的拖曳力總滲透力總滲透力J = wh滲透力滲透力 j = J/V = wh/L = wij = wi2.3 滲透力與滲透變形 2 土的滲透性和滲流問題 一. 滲透力土水整體分析土水整體分析3、計算方法57h1hh200hwL土樣濾網(wǎng)貯水器a bP2WP1RA=1R = L wh滲流中的土體所受濾網(wǎng)支持力滲流中的土體所受濾網(wǎng)支持力向上滲流存在時，濾網(wǎng)支持力減少向上滲流存在時，濾網(wǎng)支持力減少臨界水力坡

34、降臨界水力坡降i = h/L = /wicr = /w L wh = 0e1)1G(ws e11Giscr 2.3 滲透力與滲透變形 2 土的滲透性和滲流問題 一. 滲透力土水整體分析土水整體分析3、計算方法58P2WP1Rh1hh200hwL土樣濾網(wǎng)貯水器a bA=1P1+ Ww+ J = P2水體的平衡條件水體的平衡條件j = wiwhw+ wL + j L= wh1WJWwJ=R+P2P1P1 = = whwP2 = = wh1Ww= Vvw+ Vsw= LwiLhL)Lhh(jwww1w 土水隔離分析土水隔離分析2.3 滲透力與滲透變形 2 土的滲透性和滲流問題 一. 滲透力3、計算方

35、法59滲透力的性質(zhì)滲透力的性質(zhì)物理意義：物理意義：單位土體內(nèi)土骨架所受到的滲透水流的拖曳力，它是體積力單位土體內(nèi)土骨架所受到的滲透水流的拖曳力，它是體積力j = wi大?。捍笮。悍较颍悍较颍号c與 i 方向一致（均質(zhì)土與方向一致（均質(zhì)土與滲流方向一致）滲流方向一致）作用對象：作用對象：土骨架土骨架2.3 滲透力與滲透變形 2 土的滲透性和滲流問題 一. 滲透力60利用流網(wǎng)求滲透力利用流網(wǎng)求滲透力復(fù)雜條件總滲透力總滲透力大大 ?。盒。簀 網(wǎng)格面積網(wǎng)格面積 方方 向：向：與與i方向一致（各向同性均質(zhì)土：流線）方向一致（各向同性均質(zhì)土：流線）作用點：作用點：形心形心 ij 流網(wǎng)較密處流網(wǎng)較密處i i較

36、大，該處滲透力也大較大，該處滲透力也大不同位置的滲透力對土體穩(wěn)定性的影響不同不同位置的滲透力對土體穩(wěn)定性的影響不同jAsljJ sHsljJ HHi; jll Hh0lsls2.3 滲透力與滲透變形 2 土的滲透性和滲流問題 一. 滲透力61基本類型基本類型 二. 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(xiàn)的變形或破壞形成條件形成條件 防治措施防治措施 2.3 滲透力與滲透變形 2 土的滲透性和滲流問題 62粘性土粘性土k1k2砂性土砂性土k2壩體壩體1. 基本類型 二. 滲透變形（滲透破壞） 流土在向上的滲透作用下，表層局部土體顆粒同時發(fā)生懸浮移動的現(xiàn)象在向上的

37、滲透作用下，表層局部土體顆粒同時發(fā)生懸浮移動的現(xiàn)象crii0JW 11scrGie滲流滲流原因：原因：2.3 滲透力與滲透變形 2 土的滲透性和滲流問題 和土的密實程度有關(guān)和土的密實程度有關(guān)631. 基本類型 管涌原因：原因：內(nèi)因內(nèi)因 有足夠多的粗顆粒形有足夠多的粗顆粒形成大于細(xì)粒徑的孔隙通道成大于細(xì)粒徑的孔隙通道外因外因滲透力足夠大滲透力足夠大 在滲流作用下，一定級配的無粘性土中的細(xì)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(xì)小顆粒，通過較大顆粒所形成的孔隙發(fā)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(fā)生移動，最終在土中形成與地表貫通的管道。管涌管涌破壞2.3 滲透力

38、與滲透變形 2 土的滲透性和滲流問題 二. 滲透變形（滲透破壞） 641. 基本類型 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發(fā)土體局部范圍的顆粒同時發(fā)生移動生移動管涌管涌只發(fā)生在水流滲出的表層只發(fā)生在水流滲出的表層只要滲透力足夠大，可只要滲透力足夠大，可發(fā)生在任何土中發(fā)生在任何土中破壞過程短破壞過程短導(dǎo)致下游坡面產(chǎn)生局部滑動等導(dǎo)致下游坡面產(chǎn)生局部滑動等現(xiàn)象現(xiàn)象位置位置土類土類歷時歷時后果后果土體內(nèi)細(xì)顆粒通過粗粒形成的土體內(nèi)細(xì)顆粒通過粗粒形成的孔隙通道移動孔隙通道移動可發(fā)生于土體內(nèi)部和滲流可發(fā)生于土體內(nèi)部和滲流溢出處溢出處一般發(fā)生在特定級配的無一般發(fā)生在特定級配的無粘性土或分散性粘土粘性土或分散