自考 工程地質(zhì)及土力學-3.4 3.5

1、第第3 3章章 土的滲透性與滲流土的滲透性與滲流工程地質(zhì)及土力學土木工程系工程地質(zhì)及土力學 第3章 土的滲透性與滲流重慶能源職業(yè)學院 3 3.3 .3 二維滲流與流網(wǎng)二維滲流與流網(wǎng)3 3.2 .2 土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律 3 3. .5 5 滲流情況下的孔隙水壓力與有效應力滲流情況下的孔隙水壓力與有效應力3 3. .4 4 滲透力與滲透變形滲透力與滲透變形3 3.1 .1 概述概述工程地質(zhì)及土力學 第3章 土的滲透性與滲流重慶能源職業(yè)學院3.4 3.4 滲透力及滲透變形滲透力及滲透變形n h=0 =0 靜水中，土骨架會受靜水中，土骨架會受到浮力作用。到浮力作用。n h0 0

2、水在流動時，水流受水在流動時，水流受到來自土骨架的阻力，同時流到來自土骨架的阻力，同時流動的孔隙水對土骨架產(chǎn)生一個動的孔隙水對土骨架產(chǎn)生一個摩擦、拖曳力。摩擦、拖曳力。滲透力滲透力j：滲透作用中，孔隙水對土骨架：滲透作用中，孔隙水對土骨架的作用力，方向與滲流方向一致的作用力，方向與滲流方向一致一、滲透力土粒土粒滲滲 流流滲透力滲透力 j = fs = w h /L = wi工程地質(zhì)及土力學 第3章 土的滲透性與滲流重慶能源職業(yè)學院 滲透力的存在，將使土體內(nèi)部受力發(fā)生變化，這種變滲透力的存在，將使土體內(nèi)部受力發(fā)生變化，這種變化對土體穩(wěn)定性有顯著的影響。化對土體穩(wěn)定性有顯著的影響。3.4.1 3.

3、4.1 滲透力滲透力 1點，滲流力方向與重力方向一致，促使土體壓密、強度提高，對穩(wěn)定有利。 2點，3點，滲流力方向近水平，使土粒產(chǎn)生向下游移動的趨勢，對穩(wěn)定不利。4點滲流力與重力方向相反，當滲透力大于土體的有效重度，土粒將被水流沖出，對穩(wěn)定不利。工程地質(zhì)及土力學 第3章 土的滲透性與滲流重慶能源職業(yè)學院3.4.1 3.4.1 滲透力滲透力物理意義：物理意義：單位土體內(nèi)土骨架所受到的單位土體內(nèi)土骨架所受到的滲透水流的拖曳力，它是一種體積力滲透水流的拖曳力，它是一種體積力F大?。捍笮。?j j = = wwi iF方向：方向：與水力梯度方向一致與水力梯度方向一致F作用對象：作用對象：土骨架土骨架工

4、程地質(zhì)及土力學 第3章 土的滲透性與滲流重慶能源職業(yè)學院3.4.2 3.4.2 臨界水力梯度臨界水力梯度砂土中的有效重度（浮重度）砂土中的有效重度（浮重度）為為 ，當當 j 時，砂土將被時，砂土將被滲透力所懸浮，失去其穩(wěn)定性；滲透力所懸浮，失去其穩(wěn)定性；h1hh200hwL土樣土樣濾網(wǎng)濾網(wǎng)貯水器貯水器a bicr = / we11Gws)(eGiscr11 icr取決于土取決于土的物理性質(zhì)的物理性質(zhì)當當 j = 時，砂土將處于懸浮時，砂土將處于懸浮的臨界狀態(tài)，此時的水力梯度的臨界狀態(tài)，此時的水力梯度稱為稱為臨界水力梯度臨界水力梯度 icr。工程地質(zhì)及土力學 第3章 土的滲透性與滲流重慶能源職業(yè)

5、學院流土（流砂）3.4.3 3.4.3 滲透變形（滲透破壞）滲透變形（滲透破壞） 土工建筑物及地基由于滲透作用而出現(xiàn)的變形或破壞土工建筑物及地基由于滲透作用而出現(xiàn)的變形或破壞稱為稱為滲透變形滲透變形或或滲透破壞滲透破壞。1 1、由于滲流力（滲透力）的作用，、由于滲流力（滲透力）的作用，使土體顆粒流失或局部使土體顆粒流失或局部 土體產(chǎn)生移土體產(chǎn)生移動，導致土體變形甚至失穩(wěn)。動，導致土體變形甚至失穩(wěn)。管涌滑坡、水庫塌岸，岸坡、土壩在水位降落時滑動，擋土墻等結(jié)構(gòu)物失穩(wěn)2、由于滲流作用，使水壓力或浮力、由于滲流作用，使水壓力或浮力發(fā)生變化，導致土體或結(jié)構(gòu)物失穩(wěn)。發(fā)生變化，導致土體或結(jié)構(gòu)物失穩(wěn)。工程地質(zhì)

6、及土力學 第3章 土的滲透性與滲流重慶能源職業(yè)學院一、流土（流砂）n 流土：流土：在在向上向上的滲透作用下，土體表面局部隆起，或者土的滲透作用下，土體表面局部隆起，或者土顆粒群同時發(fā)生懸浮、移動的現(xiàn)象。顆粒群同時發(fā)生懸浮、移動的現(xiàn)象。粘性土粘性土k1k2砂性土砂性土k2壩體壩體滲流滲流crii e11GiscrF 原因：原因：與土的密實度有關與土的密實度有關3.4.3 3.4.3 滲透變形（滲透破壞）滲透變形（滲透破壞）表層隆起，砂粒涌出，整塊土體被抬起工程地質(zhì)及土力學 第3章 土的滲透性與滲流重慶能源職業(yè)學院一、流土（流砂）3.4.3 3.4.3 滲透變形（滲透破壞）滲透變形（滲透破壞）工程

7、地質(zhì)及土力學 第3章 土的滲透性與滲流重慶能源職業(yè)學院地震引起的砂土液化一、流土（流砂）3.4.3 3.4.3 滲透變形（滲透破壞）滲透變形（滲透破壞）工程地質(zhì)及土力學 第3章 土的滲透性與滲流重慶能源職業(yè)學院n 任何類型的土，只要水力坡降達到一定的大小，都可發(fā)生任何類型的土，只要水力坡降達到一定的大小，都可發(fā)生流土破壞。流土破壞。一、流土（流砂）3.4.3 3.4.3 滲透變形（滲透破壞）滲透變形（滲透破壞） 建筑在雙層地基上，表層為透水性較小且厚度較薄的黏土層，下臥層為滲透性較大的無粘性土。 地基為均勻的砂土層，不均勻系數(shù)Cu10外因：滲透力足夠大外因：滲透力足夠大 滲流滲流過程演示過程演

8、示1. 在滲透水流作用下，在滲透水流作用下，細顆粒在粗顆粒形成細顆粒在粗顆粒形成的孔隙中移動流失的孔隙中移動流失2. 孔隙不斷擴大，滲流孔隙不斷擴大，滲流速度不斷增加，較粗速度不斷增加，較粗顆粒也相繼被水帶走顆粒也相繼被水帶走3. 形成貫穿的滲流通道，形成貫穿的滲流通道，造成土體塌陷造成土體塌陷工程地質(zhì)及土力學 第3章 土的滲透性與滲流重慶能源職業(yè)學院二、管涌3.4.3 3.4.3 滲透變形（滲透破壞）滲透變形（滲透破壞）工程地質(zhì)及土力學 第3章 土的滲透性與滲流重慶能源職業(yè)學院三、流土與管涌的比較3.4.3 3.4.3 滲透變形（滲透破壞）滲透變形（滲透破壞）流土流土土體局部范圍的顆粒同時發(fā)

9、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，只要滲透力足夠大，可發(fā)生在任何土中可發(fā)生在任何土中破壞過程短破壞過程短導致下游坡面產(chǎn)生局部滑動等導致下游坡面產(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)細顆粒通過粗粒形成土體內(nèi)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(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)生在特定級配的一般發(fā)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(jié)構(gòu)發(fā)生塌陷或潰口導致結(jié)構(gòu)發(fā)生塌陷或潰口工程地質(zhì)及土力學 第3章 土的滲透性與滲流重

10、慶能源職業(yè)學院 在一定的水力梯度下開始出現(xiàn)管涌現(xiàn)象，短期內(nèi)細土粒停止流失，土體尚能承受更大的水力梯度；繼續(xù)增大水力梯度，也只是增大滲流量，出現(xiàn)大泉眼，或者流土。 無粘性土往往水力梯度不大就會出現(xiàn)管涌。 粘性土（除分散性土外）只能引起流土，即使水力梯度很大也不會出現(xiàn)管涌。3.4.3 3.4.3 滲透變形（滲透破壞）滲透變形（滲透破壞） 流土型土流土型土 管涌型土管涌型土 過渡型土過渡型土產(chǎn)生滲透變形的土類：工程地質(zhì)及土力學 第3章 土的滲透性與滲流重慶能源職業(yè)學院四、滲透變形的判別3.4.3 3.4.3 滲透變形（滲透破壞）滲透變形（滲透破壞）ic icr根據(jù)滲流出口處的水力梯度根據(jù)滲流出口處的

11、水力梯度ic，判斷滲流的可能性：，判斷滲流的可能性：工程地質(zhì)及土力學 第3章 土的滲透性與滲流重慶能源職業(yè)學院五、滲透變形防治措施3.4.3 3.4.3 滲透變形（滲透破壞）滲透變形（滲透破壞）降低水力梯度在溢出處增設反濾層加蓋壓層在下游設計減壓井、減壓溝工程地質(zhì)及土力學 第3章 土的滲透性與滲流重慶能源職業(yè)學院3 3. .5 5 滲流情況下的孔隙水滲流情況下的孔隙水 壓力與有效應力壓力與有效應力一、飽和土體中的有效應力原理 把飽和土體中由孔隙水來承擔或傳遞的壓力定把飽和土體中由孔隙水來承擔或傳遞的壓力定義為義為孔隙水壓力孔隙水壓力，常以，常以u表示。表示。 其值等于該點的測其值等于該點的測壓

12、管水柱高度壓管水柱高度 hw，與水的重度，與水的重度 的乘積。的乘積。wwwhu 作用于土顆粒骨架上并有效地改變了土 的力學性質(zhì)的作用力，稱為有效應力有效應力。工程地質(zhì)及土力學 第3章 土的滲透性與滲流重慶能源職業(yè)學院3 3. .5 5 滲流情況下的孔隙水滲流情況下的孔隙水 壓力與有效應力壓力與有效應力一、飽和土體中的有效應力原理 aauuu uuuu孔隙水壓力和有效應力之和稱為總應力。太沙基提出的有效應力原理有效應力原理工程地質(zhì)及土力學 第3章 土的滲透性與滲流重慶能源職業(yè)學院3 3. .5 5 滲流情況下的孔隙水滲流情況下的孔隙水 壓力與有效應力壓力與有效應力二、在靜水條件下的孔隙水壓力和

13、有效應力12wsathh12wwwuhhh121222wsatwsatwuhhhhhh w w1 12 2u u = = h h + + h hh2h1粘土層粘土層satsat水水 w w12wsathh1whw w1 12 2u u = = h h + + h h2h工程地質(zhì)及土力學 第3章 土的滲透性與滲流重慶能源職業(yè)學院3 3. .5 5 滲流情況下的孔隙水滲流情況下的孔隙水 壓力與有效應力壓力與有效應力三、在穩(wěn)定滲流下的孔隙水壓力和有效應力（一）滲流方向由上向下（一）滲流方向由上向下hwh12wsathh12wwwuhhhh121222wsatwsatwwwuhhhhhhhhh h2h

14、1砂層，排水砂層，排水粘土層粘土層satsat水水 w w12wsathh1wh12wuhhh2whh12wuhhh工程地質(zhì)及土力學 第3章 土的滲透性與滲流重慶能源職業(yè)學院3 3. .5 5 滲流情況下的孔隙水滲流情況下的孔隙水 壓力與有效應力壓力與有效應力三、在穩(wěn)定滲流下的孔隙水壓力和有效應力（二）滲流方向由下向上（二）滲流方向由下向上12wsathh12wwwuhhhh121222wsatwsatwwwuhhhhhhhhh hhwh2h1砂層，承壓水砂層，承壓水粘土層粘土層satsat水水 w w12wsathh1wh12wuhhh12wuhhh2whh工程地質(zhì)及土力學 第3章 土的滲透

15、性與滲流重慶能源職業(yè)學院3 3. .5 5 滲流情況下的孔隙水滲流情況下的孔隙水 壓力與有效應力壓力與有效應力三、在穩(wěn)定滲流下的孔隙水壓力和有效應力hhwh2h1砂層，承壓水砂層，承壓水粘土層粘土層satsat水水 w w20whh jihhww2（三）發(fā)生流土的臨界條件（三）發(fā)生流土的臨界條件工程地質(zhì)及土力學 第3章 土的滲透性與滲流重慶能源職業(yè)學院3 3. .5 5 滲流情況下的孔隙水滲流情況下的孔隙水 壓力與有效應力壓力與有效應力三、在穩(wěn)定滲流下的孔隙水壓力和有效應力靜水條件和滲流情況下的應力情況比較靜水條件和滲流情況下的應力情況比較12wsathh1wh12wuhh2h12wsathh

16、1wh12wuhhh2whh12wsathh1wh2whh12wuhhh例例 有一粘土層位于兩砂層之間，地下水有一粘土層位于兩砂層之間，地下水位線位于地表以下位線位于地表以下1.5m處，其砂土處，其砂土(水面以水面以上上)的重度的重度=17.6 kN/m3，飽和重度，飽和重度sat=19.6kN/m3；粘土層的飽和重度；粘土層的飽和重度sat=20.6kN/m3，如圖所示，若下層砂中有，如圖所示，若下層砂中有承壓水，其測壓管水位高出地面承壓水，其測壓管水位高出地面3m，計算：，計算：粘土層內(nèi)的總應力、孔隙水壓力及有效應粘土層內(nèi)的總應力、孔隙水壓力及有效應力變化，并繪制其沿深度的分布圖（假定力變

17、化，并繪制其沿深度的分布圖（假定承壓水頭全部損失在粘土層中）；承壓水頭全部損失在粘土層中）；要使粘土層發(fā)生流砂，則下層砂中有承要使粘土層發(fā)生流砂，則下層砂中有承壓水引起的測壓管水位應高出地面多少？壓水引起的測壓管水位應高出地面多少？砂土層粘土層3m3m砂土層地面1.5m1.5m滲流情況下的有效應力和孔隙水壓力滲流情況下的有效應力和孔隙水壓力解：解：在粘土層中承壓水頭全部損失，故在粘土層中承壓水頭全部損失，故 面中按靜水條件計算，先計算總應力及孔隙水面中按靜水條件計算，先計算總應力及孔隙水壓力，然后按照有效應力原理，即，壓力，然后按照有效應力原理，即， ，計算有效應力，具體如下表：，計算有效應力，具體如下表： a a c c u (2)要發(fā)生流砂，則，要發(fā)生流砂，則， 故應使故應使 ： 0 10 (1.5 1.53)117.6x5.76( )xm對于成層地基，發(fā)生流對于成層地基，發(fā)生流沙的臨界條件為有效應沙的臨界條件為有效應力為零。力為零。1 1 7 . 62 6 . 4bcd5