土力學(xué)課件2土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律

1、明德至善明德至善 知行利物知行利物土力學(xué)土力學(xué) 第二章第二章第二章第二章 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律明德至善明德至善 知行利物知行利物土力學(xué)土力學(xué) 第二章第二章12概述概述土的滲透性與滲透規(guī)律土的滲透性與滲透規(guī)律第二章 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律明德至善明德至善 知行利物知行利物土力學(xué)土力學(xué) 第二章第二章概述概述第二章 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律明德至善明德至善 知行利物知行利物土力學(xué)土力學(xué) 第二章第二章土顆粒土顆粒土中水土中水滲流滲流n 土是一種碎散的多孔介質(zhì)，土是一種碎散的多孔介質(zhì)，其孔隙在空間互相連通。當(dāng)其孔隙在空間互相連通。當(dāng)飽和土中的兩點(diǎn)存在能量差飽和土中的兩點(diǎn)存在能量差時(shí)，水就在土的孔隙中從能時(shí)

2、，水就在土的孔隙中從能量高的點(diǎn)向能量低的點(diǎn)流動(dòng)量高的點(diǎn)向能量低的點(diǎn)流動(dòng)F 水在土體孔隙中流動(dòng)的現(xiàn)象稱為水在土體孔隙中流動(dòng)的現(xiàn)象稱為滲流滲流F 土具有被水等液體透過的性質(zhì)稱為土的土具有被水等液體透過的性質(zhì)稱為土的滲透性滲透性2.1 概述明德至善明德至善 知行利物知行利物土力學(xué)土力學(xué) 第二章第二章透水層透水層不透水層不透水層防滲體防滲體壩體壩體浸潤(rùn)線浸潤(rùn)線滲流問題：滲流問題：1. 滲流量？滲流量？2. 滲透破壞？滲透破壞？3. 滲透力？滲透力？2.1 概述-滲流問題明德至善明德至善 知行利物知行利物土力學(xué)土力學(xué) 第二章第二章滲流問題：滲流問題：1. 滲流量？滲流量？2. 滲透破壞？滲透破壞？3.

3、滲水壓力？滲水壓力？透水層透水層不透水層不透水層基坑基坑板樁墻板樁墻2.1 概述-滲流問題明德至善明德至善 知行利物知行利物土力學(xué)土力學(xué) 第二章第二章滲流問題：滲流問題：1. 滲流量滲流量Q？2. 降水深度？降水深度？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Q2.1 概述-滲流問題明德至善明德至善 知行利物知行利物土力學(xué)土力學(xué) 第二章第二章滲流問題：滲流問題：1. 滲流量？滲流量？2. 地下水影響地下水影響 范圍？范圍？原地下水位原地下水位滲流時(shí)地下水位滲流時(shí)地下水位2.1 概述-滲流問題明德至善明德至善 知行利物知行利物土力學(xué)土力學(xué) 第二章第二章 滲流量滲流量 揚(yáng)

4、壓力揚(yáng)壓力 滲水壓力滲水壓力 滲透破壞滲透破壞 滲流速度滲流速度 滲水面位置滲水面位置擋水建筑物擋水建筑物 集水建筑物集水建筑物 引水結(jié)構(gòu)物引水結(jié)構(gòu)物 基礎(chǔ)工程基礎(chǔ)工程地下工程地下工程邊坡工程邊坡工程滲透特性變形特性強(qiáng)度特性2.1 概述-土滲流特性明德至善明德至善 知行利物知行利物土力學(xué)土力學(xué) 第二章第二章土的滲透性土的滲透性與滲透規(guī)律與滲透規(guī)律第二章 土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律明德至善明德至善 知行利物知行利物土力學(xué)土力學(xué) 第二章第二章F水頭與水力坡降水頭與水力坡降F土的滲透試驗(yàn)與土的滲透試驗(yàn)與達(dá)西定律達(dá)西定律F滲透系數(shù)的測(cè)定滲透系數(shù)的測(cè)定及影響因素及影響因素F層狀地基的等效層狀地基的等效滲透系數(shù)滲透

5、系數(shù)滲流的驅(qū)動(dòng)能量滲流的驅(qū)動(dòng)能量反映滲流特點(diǎn)的定律反映滲流特點(diǎn)的定律土的滲透性土的滲透性地基的滲透系數(shù)地基的滲透系數(shù)2.2 土的滲透性與滲透規(guī)律明德至善明德至善 知行利物知行利物土力學(xué)土力學(xué) 第二章第二章n 位置水頭：位置水頭：到基準(zhǔn)面的豎直距離，到基準(zhǔn)面的豎直距離，代表單位重量的液體從基準(zhǔn)面算起代表單位重量的液體從基準(zhǔn)面算起所具有的位置勢(shì)能所具有的位置勢(shì)能n 壓力水頭：壓力水頭：水壓力所能引起的自由水壓力所能引起的自由水面的升高，表示單位重量液體所水面的升高，表示單位重量液體所具有的壓力勢(shì)能具有的壓力勢(shì)能n 測(cè)管水頭：測(cè)管水頭：測(cè)管水面到基準(zhǔn)面的垂測(cè)管水面到基準(zhǔn)面的垂直距離，等于位置水頭和壓

6、力水頭直距離，等于位置水頭和壓力水頭之和，表示單位重量液體的總勢(shì)能之和，表示單位重量液體的總勢(shì)能n 在靜止液體中各點(diǎn)的測(cè)管水頭相等在靜止液體中各點(diǎn)的測(cè)管水頭相等zA00ABu0pawAu zBwBu 基準(zhǔn)面基準(zhǔn)面靜水靜水2.2 土的滲透性與滲透規(guī)律明德至善明德至善 知行利物知行利物土力學(xué)土力學(xué) 第二章第二章ABL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為水體的流動(dòng)，應(yīng)滿滲流為水體的流動(dòng)，應(yīng)滿足液體流動(dòng)的三大基本方足液體流動(dòng)的三大基本方程：連續(xù)性方程、能量方程：連續(xù)性方程、能量方程、動(dòng)量方程程、動(dòng)量方程2.2 土的滲透性與滲透規(guī)律明德至善明德至善 知行利物知行利物土力學(xué)土力學(xué) 第二章

7、第二章ABLhAzAwAu 基準(zhǔn)面基準(zhǔn)面g2vuzh2w wuzh n 總水頭：總水頭：?jiǎn)挝恢亓克w所具有的能量單位重量水體所具有的能量 位置水頭位置水頭Z Z：水體的位置勢(shì)能（任選基準(zhǔn)面）：水體的位置勢(shì)能（任選基準(zhǔn)面） 壓力水頭壓力水頭u/ w：水體的壓力勢(shì)能（：水體的壓力勢(shì)能（u孔隙水壓力）孔隙水壓力） 流速水頭流速水頭V2/(2g)：水體的動(dòng)能（對(duì)滲流多處于層流：水體的動(dòng)能（對(duì)滲流多處于層流0）n 滲流的總水頭：滲流的總水頭：也稱也稱測(cè)管水頭測(cè)管水頭，是滲流的，是滲流的總驅(qū)動(dòng)能，滲流總是從水總驅(qū)動(dòng)能，滲流總是從水頭高處流向水頭低處頭高處流向水頭低處2.2 土的滲透性與滲透規(guī)律明德至善明德

8、至善 知行利物知行利物土力學(xué)土力學(xué) 第二章第二章wBBBuzh A A點(diǎn)總水頭：點(diǎn)總水頭：ABLhAhBzAwAu wBu zBhh基準(zhǔn)面基準(zhǔn)面水力坡降線水力坡降線wAAAuzh B B點(diǎn)總水頭：點(diǎn)總水頭： 二點(diǎn)總水頭差：反映了二點(diǎn)總水頭差：反映了兩點(diǎn)間水流由于摩阻力兩點(diǎn)間水流由于摩阻力造成的能量損失造成的能量損失BAhhh 水力坡降水力坡降 i：?jiǎn)挝粷B流長(zhǎng)度上的水頭損失：?jiǎn)挝粷B流長(zhǎng)度上的水頭損失Lhi 2.2 土的滲透性與滲透規(guī)律明德至善明德至善 知行利物知行利物土力學(xué)土力學(xué) 第二章第二章LAh1h2QQ透水石1856 年達(dá)西年達(dá)西(Darcy)在研究城在研究城市供水問題時(shí)進(jìn)行的滲流試驗(yàn)市供

9、水問題時(shí)進(jìn)行的滲流試驗(yàn)LhAQ或：或：iAkQ 其中，其中，A是試樣的斷面積是試樣的斷面積2.2 土的滲透性與滲透規(guī)律明德至善明德至善 知行利物知行利物土力學(xué)土力學(xué) 第二章第二章ikAQvn 達(dá)西定律：達(dá)西定律：在層流狀態(tài)的滲流中，滲透速度在層流狀態(tài)的滲流中，滲透速度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)n 滲透系數(shù)滲透系數(shù)k: 反映土的透水性能的比例系數(shù)，其物理意義為反映土的透水性能的比例系數(shù)，其物理意義為水力坡降水力坡降i1時(shí)的滲流速度，單位：時(shí)的滲流速度，單位： cm/s, m/s, m/dayn 滲透速度滲透速度v：土體試樣全斷面的平均

10、滲流速度，也稱假想土體試樣全斷面的平均滲流速度，也稱假想滲流速度滲流速度nvvvs其中，其中，V Vs s為實(shí)際平均流速，孔隙斷面的平均流速為實(shí)際平均流速，孔隙斷面的平均流速2.2 土的滲透性與滲透規(guī)律明德至善明德至善 知行利物知行利物土力學(xué)土力學(xué) 第二章第二章n 適用條件：層流（線性流動(dòng)）適用條件：層流（線性流動(dòng)） 巖土工程中的絕大多數(shù)滲巖土工程中的絕大多數(shù)滲流問題，包括砂土或一般流問題，包括砂土或一般粘土，均屬層流范圍粘土，均屬層流范圍 在粗粒土孔隙中，水流形在粗粒土孔隙中，水流形態(tài)可能會(huì)隨流速增大呈紊態(tài)可能會(huì)隨流速增大呈紊流狀態(tài)，滲流不再服從達(dá)流狀態(tài)，滲流不再服從達(dá)西定律?？捎美字Z數(shù)進(jìn)行

11、西定律。可用雷諾數(shù)進(jìn)行判斷判斷 ：0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5達(dá)西定律達(dá)西定律適用范圍適用范圍2.01.51.00.50水力坡降水力坡降流速流速 (m/h)礫石礫石粗砂粗砂中砂中砂細(xì)砂細(xì)砂極細(xì)砂極細(xì)砂h10dvReRe5時(shí)層流時(shí)層流Re 200時(shí)紊流時(shí)紊流200 Re 5時(shí)為過渡區(qū)時(shí)為過渡區(qū) 2.2 土的滲透性與滲透規(guī)律明德至善明德至善 知行利物知行利物土力學(xué)土力學(xué) 第二章第二章n 是土中孔隙直徑大小的主要影是土中孔隙直徑大小的主要影響因素響因素n 因由粗顆粒形成的大孔隙可被因由粗顆粒形成的大孔隙可被細(xì)顆粒充填，故土體孔隙的大細(xì)顆粒充填，故土體孔隙的大小一般由細(xì)顆粒所控制。因此，

12、小一般由細(xì)顆粒所控制。因此，土的滲透系數(shù)常用有效粒徑土的滲透系數(shù)常用有效粒徑d10來表示，如哈臣公式：來表示，如哈臣公式：210dck 土的性質(zhì)土的性質(zhì) 水的性質(zhì)水的性質(zhì) 粒徑大小及級(jí)配粒徑大小及級(jí)配 孔隙比孔隙比 礦物成分礦物成分 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)滲透系數(shù)的影響因素 2.2 土的滲透性與滲透規(guī)律明德至善明德至善 知行利物知行利物土力學(xué)土力學(xué) 第二章第二章n 是單位土體中孔隙體積的直接是單位土體中孔隙體積的直接度量度量n 對(duì)于砂性土，常建立孔隙比對(duì)于砂性土，常建立孔隙比e與滲透系數(shù)與滲透系數(shù)k之間的關(guān)系，如：之間的關(guān)系，如：)e1e(fk)e1e(fk)e(fk322滲透系數(shù)的影響因素 土的性質(zhì)土的性

13、質(zhì) 水的性質(zhì)水的性質(zhì) 粒徑大小及級(jí)配粒徑大小及級(jí)配 孔隙比孔隙比 礦物成分礦物成分 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)2.2 土的滲透性與滲透規(guī)律明德至善明德至善 知行利物知行利物土力學(xué)土力學(xué) 第二章第二章n 對(duì)粘性土，影響顆粒的表面力對(duì)粘性土，影響顆粒的表面力n 不同粘土礦物之間滲透系數(shù)相差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?yàn)楦邩O大，其滲透性大小的次序?yàn)楦邘X石嶺石伊里石伊里石蒙脫石蒙脫石 ；當(dāng)粘土；當(dāng)粘土中含有可交換的鈉離子越多時(shí)，中含有可交換的鈉離子越多時(shí)，其滲透性將越低其滲透性將越低n 塑性指數(shù)塑性指數(shù)Ip綜合反映土的顆粒大綜合反映土的顆粒大小和礦物成份，常是滲透系數(shù)的小和礦物成份，常是滲透系數(shù)

14、的參數(shù)參數(shù)滲透系數(shù)的影響因素 土的性質(zhì)土的性質(zhì) 水的性質(zhì)水的性質(zhì) 粒徑大小及級(jí)配粒徑大小及級(jí)配 孔隙比孔隙比 礦物成分礦物成分 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)2.2 土的滲透性與滲透規(guī)律明德至善明德至善 知行利物知行利物土力學(xué)土力學(xué) 第二章第二章n 影響孔隙系統(tǒng)的構(gòu)成和方向性，影響孔隙系統(tǒng)的構(gòu)成和方向性，對(duì)粘性土影響更大對(duì)粘性土影響更大n 在宏觀構(gòu)造上，天然沉積層狀在宏觀構(gòu)造上，天然沉積層狀粘性土層，扁平狀粘土顆粒常粘性土層，扁平狀粘土顆粒常呈水平排列，常使得呈水平排列，常使得k水平水平k k垂直垂直n 在微觀結(jié)構(gòu)上，當(dāng)孔隙比相同在微觀結(jié)構(gòu)上，當(dāng)孔隙比相同時(shí)，凝聚結(jié)構(gòu)將比分散結(jié)構(gòu)具時(shí)，凝聚結(jié)構(gòu)將比分散結(jié)構(gòu)具有更大的

15、透水性有更大的透水性滲透系數(shù)的影響因素 土的性質(zhì)土的性質(zhì) 水的性質(zhì)水的性質(zhì) 粒徑大小及級(jí)配粒徑大小及級(jí)配 孔隙比孔隙比 礦物成分礦物成分 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)2.2 土的滲透性與滲透規(guī)律明德至善明德至善 知行利物知行利物土力學(xué)土力學(xué) 第二章第二章飽和曲線飽和曲線含水量含水量 wWop干容重干容重 d max 1含水量含水量 w滲透系數(shù)滲透系數(shù) k絮狀結(jié)構(gòu)絮狀結(jié)構(gòu) 分散結(jié)構(gòu)分散結(jié)構(gòu)滲透系數(shù)的影響因素 土的性質(zhì)土的性質(zhì) 水的性質(zhì)水的性質(zhì) 粒徑大小及級(jí)配粒徑大小及級(jí)配 孔隙比孔隙比 礦物成分礦物成分 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)2.2 土的滲透性與滲透規(guī)律明德至善明德至善 知行利物知行利物土力學(xué)土力學(xué) 第二章第二章滲透系數(shù)的影響因素