第2章 土滲透性

第二章土的滲透性土顆粒土中水滲流滲透地下水在從水力坡降作用下穿過土體孔隙發(fā)生流動的現(xiàn)象的現(xiàn)象滲透性土體被水的性能稱為土的滲透性為什么土體具有滲透性？第一節(jié)基本概念滲透性有強(qiáng)弱之分，無好壞之別。心墻代料代料庫水位滲透性弱滲透性強(qiáng)相鄰兩個水分子的運(yùn)動軌跡相互平行而不混流層流

滲流模型假定：1.不考慮滲流路徑的迂回曲折，只考慮主流方向；2.不考慮土體中顆粒的影響，認(rèn)為孔隙與顆粒所占的空間均為滲流所填充。a)實際的滲流土體

滲流模型b)理想的滲流模型

（一）達(dá)西定律滿足條件：1.同一過水截面，模型滲流流量等于真實滲流流量；2.任意過水截面上模型滲流壓力等于真實滲流壓力；3.相同體積內(nèi)模型滲流所受到的阻力與真實滲流所受到的阻力相等。過水截面(過水界面）水在飽和土體中滲流時，在垂直于滲流方向取一個土體截面。

滲流模型假定在時間t內(nèi)滲流通過過水截面（面積為A）的滲流量為Q，滲透速度表達(dá)式為：單位時間內(nèi)的滲流量為(cm3/s)：滲透速度可表達(dá)為(cm/s)

：實際平均速度與假想平均流速的關(guān)系

滲透速度

A點(diǎn)總水頭：ABLhAhBzAzBΔh基準(zhǔn)面水力梯度線

B點(diǎn)總水頭：二點(diǎn)總水頭差反映了兩點(diǎn)間水流由于摩阻力造成的能量損失。

水力梯度（坡降）：單位滲透長度上的水頭損失。

水力梯度裝置中2是面積為A的直立圓筒，其側(cè)壁裝有兩支相距為L的測壓管。多孔濾板3下部放碎石，上部放顆粒均勻的砂土樣。水由上端注入圓筒，多余的水從溢水管4溢出，使筒內(nèi)的水位維持恒定。滲透過砂層的水從出水管5流入量杯6中，并以此來計算滲流量Q。

單位時間內(nèi)的滲出水量q與水力梯度和圓筒斷面積成正比，且與土的透水性質(zhì)有關(guān)。達(dá)西定律：達(dá)西滲透試驗裝置示意圖結(jié)論：00反映土的滲透性強(qiáng)弱的指標(biāo)稱為滲透系數(shù)（cm/s）△habh2h13

達(dá)西定律砂土密實黏土起始水力梯度滲透速度與水力梯度的關(guān)系礫類土達(dá)西定律適用于層流，不適用于紊流（二）達(dá)西定律的適用范圍實際工程：借用達(dá)西定律，定量計算，定性分析第三節(jié)滲透系數(shù)及其確定方法一、滲透試驗1.常水頭試驗試驗為人工制備A、L已知試驗中保持常水頭測出時間t內(nèi)的流量Q（cm/s)、（m/d）2.變水頭試驗粘性土，k很小，常規(guī)試驗，時間很長常規(guī)試樣，L=5cm,A=30c㎡,i=10Q=50ml,k=10-6cm/s時，需時167000s—1.93天晝夜溫差不同，k就不同大氣蒸發(fā)會引起誤差任一時間t，水頭差為h，經(jīng)過dt時段，水位降落dh，dt時段的滲流量dQ=-a×dh水力坡降i=h/L達(dá)西定律：dQ=kiA×dt兩邊積分，從試驗開始時（ｔ１對應(yīng)水頭高ｈ１）到試驗結(jié)束時（ｔ２對應(yīng)水頭高ｈ２）－試驗時水力坡降一般為ｉ＝１０～２０，所以總能測出ｋ，實際工程中ｉ為１～２或更小，可能小于粘土起始水力坡降ｉｂ。二、影響滲透系數(shù)的因素１．土粒大小與級配粒徑大，滲透系數(shù)大，級配好，滲透系數(shù)?。玻恋目紫侗瓤紫侗却?，滲透系數(shù)大３．水的溫度水溫高，動力粘滯系數(shù)h小，ｋ大４．土中封閉氣體含量封閉氣體多，對滲流通道阻滯，滲透系數(shù)ｋ小各影響因素的關(guān)系：不在同一數(shù)量級上，粒徑＞＞級配＞＞孔隙比＞＞水溫＞＞封閉氣體粘性土，ｅ大，ｋ小砂土，ｅ小，ｋ大不同溫度測得的滲透系數(shù)，換算處２０℃的ｋ２０進(jìn)行對比三、成層土的滲透性１．平行于土層方向各土層厚度為Ｈｉ滲透系數(shù)為ｋｉ兩端作用相同水力坡降ｉ，２．垂直于土層方向各土層流量相同各土層過水面積相同總水頭損失等于各土層水頭損失之和結(jié)論：平行于土層方向的滲透系數(shù)決定于最透水一層。垂直于土層方向的滲透系數(shù)決定于最不透水一層。土層水平沉積，土壩一層層填筑，每一層均有統(tǒng)計綜合滲透系數(shù)kx、ky時，不可分方向簡單統(tǒng)計應(yīng)按理論分析確定一般：kx≈8~10ky第四節(jié)滲流作用下土的有效應(yīng)力一、靜水條件下z深度處a截面總重量總應(yīng)力a點(diǎn)處孔隙水壓力a截面土粒接觸點(diǎn)面積很小，忽略不計a截面上總水壓力為：a截面上由固體土粒傳遞的力為：定義：單位土體面積上由固體土粒傳遞的力稱為土的有效應(yīng)力。

kPa有效應(yīng)力原理：土中總應(yīng)力等于有效應(yīng)力與孔隙水壓力之和，稱為有效應(yīng)力原理。孔隙水壓力各向相等，稱為中性壓力，只有有效應(yīng)力影響土的性質(zhì)二、滲流作用下土的有效應(yīng)力1.向下滲流2-2’剖面上：結(jié)論:向下滲流，土中有效應(yīng)力增加2.向上滲流2-2’剖面上：結(jié)論:向上滲流，土中有效應(yīng)力減小3.滲透力發(fā)生滲透后，引起水頭損失△h，A、B兩處由于滲透減少的水壓力為土體阻滯滲流使力減小了U,即水對土體作用力為U,該力作用在體積V=L*A的土體上，稱為總滲透力ABLhAhBzAzBΔh基準(zhǔn)面水力梯度線帶著體積無法對比，換算成單位體積上的力。定義：滲流作用于單位體積土體是的力稱為滲透力。

流土：在向上的滲透作用下，表層局部范圍內(nèi)的土體或顆粒群同時發(fā)生懸浮、移動的現(xiàn)象。任何類型的土，只要水力坡降達(dá)到一定的大小，都可發(fā)生流土破壞。黏性土k1<<k2砂性土k2壩體滲流原因：臨界水力梯度第五節(jié)滲透變形壩體管涌：是指在滲流作用下，土體中的細(xì)顆粒在粗顆粒形成的孔隙道中發(fā)生移動并被帶走的現(xiàn)象。

滲流過程演示1.在滲透水流作用下，細(xì)顆粒在粗顆粒形成的孔隙中移動流失2.孔隙不斷擴(kuò)大，滲流速度不斷增加，較粗顆粒也相繼被水帶走3.形成貫穿的滲流通道，造成土體塌陷管涌現(xiàn)象壩體壩體流土的臨界水力坡降向上滲流：當(dāng)有效應(yīng)力減小到0時，發(fā)生流土icr在0.8~1.2之間允許水力坡降：實際的i大于[i]，即判別為會發(fā)生流土（安全儲備不夠）管涌的臨界水力坡降：實際工程中，管涌允許水力坡降根據(jù)規(guī)范確定流土現(xiàn)象防治措施①、減小或消除水頭差；②、增加滲流路徑；③、在向上的流出口處地表用透水材料覆蓋以平衡滲透力；④、土層加固處理，如凍結(jié)法、注漿法等。

滲透變形的防治措施管涌現(xiàn)象的防治黏性土（分散性土例外）屬于非管涌土；無黏性土中發(fā)生管涌必須具備相應(yīng)的幾何條件和水力條件改善幾何條件：設(shè)反濾層等

改善水力條件：減小滲透坡降工程中的管涌治理：堵前導(dǎo)后發(fā)生管涌，一定是已形成導(dǎo)水通道，千萬不能堵出流口。出流口被堵可能會演變成流土。--出口處反濾，用潛水員找進(jìn)水口