土力學(xué)完整課件土的滲透性詳解

土力學(xué)完整課件土的滲透性詳解演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有39頁\編輯于星期六優(yōu)選土力學(xué)完整課件土的滲透性現(xiàn)在是2頁\一共有39頁\編輯于星期六滲流量滲透變形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現(xiàn)在是3頁\一共有39頁\編輯于星期六滲流量滲透變形透水層不透水層基坑板樁墻板樁圍護(hù)下的基坑滲流第6次課現(xiàn)在是4頁\一共有39頁\編輯于星期六透水層不透水層天然水面水井滲流漏斗狀潛水面Q現(xiàn)在是5頁\一共有39頁\編輯于星期六滲流量原地下水位滲流時(shí)地下水位渠道滲流現(xiàn)在是6頁\一共有39頁\編輯于星期六Teton壩損失：直接8000萬美元，起訴5500起，2.5億美元，死14人，受災(zāi)2.5萬人，60萬畝土地，32公里鐵路原因：管涌土壩位于美國Idaho州Teton河上，防洪、灌溉、發(fā)電、旅游綜合利用，裝機(jī)16MW，最大壩高126.5m，壩頂長945m。建于1972-75年,75年11月開始蓄水，76年春洪水期間水位迅速上升，達(dá)1.2m/d。6月5日上午11:55發(fā)生潰壩。下圖是現(xiàn)在的景象現(xiàn)在是7頁\一共有39頁\編輯于星期六Teton壩1976年6月5日上午10:30左右，下游壩面有水滲出并帶出泥土?，F(xiàn)在是8頁\一共有39頁\編輯于星期六Teton壩11：00左右洞口不斷擴(kuò)大并向壩頂靠近，泥水流量增加現(xiàn)在是9頁\一共有39頁\編輯于星期六Teton壩11:30洞口繼續(xù)向上擴(kuò)大，泥水沖蝕了壩基，主洞的上方又出現(xiàn)一滲水洞。流出的泥水開始沖擊壩趾處的設(shè)施。現(xiàn)在是10頁\一共有39頁\編輯于星期六11：50左右洞口擴(kuò)大加速，泥水對壩基的沖蝕更加劇烈。Teton壩現(xiàn)在是11頁\一共有39頁\編輯于星期六11:57壩坡坍塌，泥水狂瀉而下Teton壩現(xiàn)在是12頁\一共有39頁\編輯于星期六12：00過后坍塌口加寬Teton壩現(xiàn)在是13頁\一共有39頁\編輯于星期六洪水掃過下游谷底，附近所有設(shè)施被徹底摧毀Teton壩現(xiàn)在是14頁\一共有39頁\編輯于星期六失事現(xiàn)場目前的狀況Teton壩現(xiàn)在是15頁\一共有39頁\編輯于星期六§2-2達(dá)西定律1856年法國學(xué)者達(dá)西對砂土的滲透性進(jìn)行研究結(jié)論：（水在土中的）滲透速度與水力梯度成正比。v=ki達(dá)西定律水頭梯度，即沿滲流方向單位距離的水頭損失

一、達(dá)西定律的內(nèi)容水頭梯度又稱水力梯度、水力坡降?，F(xiàn)在是16頁\一共有39頁\編輯于星期六二、達(dá)西定律適用范圍達(dá)西定律討論：砂土中的滲透速度與水頭梯度呈線性關(guān)系

密實(shí)的黏土，需要克服結(jié)合水膜的黏滯阻力后才能發(fā)生滲透;同時(shí)滲透系數(shù)與水頭梯度呈非線性關(guān)系。

ib起始水力坡降虛直線簡化達(dá)西定律適用于層流，不適用于紊流v=kiivO砂土0iv密實(shí)黏土現(xiàn)在是17頁\一共有39頁\編輯于星期六水頭：單位重量的水所具有的能量。水力梯度（坡降）總水頭線總水頭＝勢水頭＋壓力水頭＋動水頭現(xiàn)在是18頁\一共有39頁\編輯于星期六三、滲透系數(shù)及其確定方法滲透試驗(yàn)（室內(nèi)）時(shí)間t內(nèi)流出的水量1.常水頭試驗(yàn)————整個試驗(yàn)過程中水頭保持不變適用于透水性大（k>10-3cm/s）的土，例如砂土。

Δh現(xiàn)在是19頁\一共有39頁\編輯于星期六2.變水頭試驗(yàn)————整個試驗(yàn)過程水頭隨時(shí)間變化

截面面積a任一時(shí)刻t的水頭差為h，經(jīng)時(shí)段dt后，細(xì)玻璃管中水位降落dh，在時(shí)段dt內(nèi)管內(nèi)減少的水量

dV=－adh

在時(shí)段dt內(nèi)流經(jīng)試樣的水量

dV=kiAdt=kAh/Ldt

管內(nèi)減少水量＝流經(jīng)試樣水量

－adh=kAh/Ldt

分離變量積分適用于透水性差，滲透系數(shù)小的黏性土

現(xiàn)在是20頁\一共有39頁\編輯于星期六四、影響滲透系數(shù)的因數(shù)1.土粒大小與級配

細(xì)粒含量愈多，土的滲透性愈小，例如砂土中粉粒及黏粒含量愈多時(shí)，砂土的滲透系數(shù)就會大大減小。2.土的密實(shí)度

3.水的溫度

同種土在不同的密實(shí)狀態(tài)下具有不同的滲透系數(shù)，土的密實(shí)度增大，孔隙比降低，土的滲透性也減小。水溫愈高，水的動力黏滯系數(shù)愈小，土的滲透系數(shù)則愈大。常以水溫為10°C時(shí)k10作為標(biāo)準(zhǔn)值。4.土中封閉氣體含量

土中封閉氣體阻塞滲流通道，使土的滲透系數(shù)降低。封閉氣體含量愈多，土的滲透性愈小。T、10分別為T℃和10℃時(shí)水的動力黏滯系數(shù)，可查表現(xiàn)在是21頁\一共有39頁\編輯于星期六五、成層土的滲透系數(shù)1.水平滲透系數(shù)

通過整個土層的總滲流量qx應(yīng)為各土層滲流量之總和

達(dá)西定律整個土層與層面平行的等效滲透系數(shù)

平均滲透系數(shù)即為厚度加權(quán)平均值在z軸方向取1延米土體來分析現(xiàn)在是22頁\一共有39頁\編輯于星期六2.

豎直滲透系數(shù)

根據(jù)滲透水流連續(xù)條件，通過整個土層的滲流量等于通過各土層的滲流量

豎直滲透系數(shù)第j層土的水力坡降為ij,總的水力坡降為i

總水頭損失等于各層水頭損失之和

整個土層與層面垂直的等效滲透系數(shù)

(2)(3)（2）式代入（3）式整理后，得(1)現(xiàn)在是23頁\一共有39頁\編輯于星期六例題分析【例】

設(shè)做變水頭滲透試驗(yàn)的黏土試樣的截面積為30cm2，厚度為4cm，滲透儀細(xì)玻璃管的內(nèi)徑為0.4cm，試驗(yàn)開始時(shí)的水位差為160cm，經(jīng)時(shí)段15分鐘后，觀察得水位差為52cm，試驗(yàn)時(shí)的水溫為30℃，試求試樣的滲透系數(shù)

【解】已知試樣截面積A=30cm2，滲徑長度L=4cm，細(xì)玻璃管的內(nèi)截面積h1=160cm，h2=52cm，△t=900s

試樣在30℃時(shí)的滲透系數(shù)

現(xiàn)在是24頁\一共有39頁\編輯于星期六§2-3滲透力與滲透變形一、滲透力和臨界水力坡降1.滲透力GD——滲透水流作用在單位體積土體中土顆粒上的力。其方向與滲流方向一致，單位：kN/m3。又稱動水力或滲流力h2h1h21L水流流經(jīng)這段土體，受到土顆粒的阻力T，T為滲透力GD的反作用力.水在土體中流動時(shí)要受到土粒的阻力作用，反過來土粒也必然作用著一個反作用力，這就是滲透力?，F(xiàn)在是25頁\一共有39頁\編輯于星期六以長度L范圍內(nèi)的水體作為脫離體P1P2TAL由脫離體靜力平衡條件有特別注意：GD是體積力，作用在土粒骨架上，方向與滲流方向一致。現(xiàn)在是26頁\一共有39頁\編輯于星期六滲透力的存在，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abc滲透力方向與重力一致，促使土體壓密、強(qiáng)度提高，有利于土體穩(wěn)定滲流方向近乎水平，使土粒產(chǎn)生向下游移動的趨勢，對穩(wěn)定不利滲流力與重力方向相反，當(dāng)滲透力大于土體的有效重度，土粒將被水流沖出現(xiàn)在是27頁\一共有39頁\編輯于星期六2.臨界水力坡降———使土體開始發(fā)生滲透變形的水力坡降

當(dāng)滲透水流自下而上時(shí)，如滲透力與土顆粒的重力相等，則土顆粒處于懸浮狀態(tài)，這時(shí)的水力坡降即為臨界水力坡降。

在工程計(jì)算中，將土的臨界水力坡降除以某一安全系數(shù)Fs(2～3)，作為允許水力坡降[i]。設(shè)計(jì)時(shí)，為保證建筑物的安全，將滲流逸出處的水力坡降控制在允許坡降[i]內(nèi)GD或現(xiàn)在是28頁\一共有39頁\編輯于星期六二、滲透變形

滲透水流將土體中的細(xì)顆粒沖走、帶走或局部土體產(chǎn)生移動，導(dǎo)致土體變形—————滲透變形問題（流土，管涌）

1.流土——在滲流作用下，局部土體表面隆起，或某一范圍內(nèi)土粒群同時(shí)發(fā)生移動的現(xiàn)象

流土發(fā)生于地基或土壩下游滲流逸出口，不發(fā)生于土體內(nèi)部。開挖基坑或渠道時(shí)常遇到的流砂現(xiàn)象，屬于流土破壞。細(xì)砂、粉砂、淤泥等較易發(fā)生流土破壞現(xiàn)在是29頁\一共有39頁\編輯于星期六2.管涌——在滲流作用下，土中的細(xì)小顆粒穿過較大顆粒間的孔隙發(fā)生移動并被帶出的現(xiàn)象。

土體在滲透水流作用下，細(xì)小顆粒被帶出，孔隙逐漸增大，形成能穿越土體的細(xì)管狀滲流通道，掏空地基或堤壩，使其變形或失穩(wěn)。管涌既可以發(fā)生在土體內(nèi)部，也可以發(fā)生在滲流出口處。它的發(fā)生一般有個時(shí)間過程，是一種漸進(jìn)性的破壞。現(xiàn)在是30頁\一共有39頁\編輯于星期六3.流土與管涌的判別——滲透變形的形式與土的類別、顆粒級配以及水力條件等因素有關(guān)。

黏性土由于粒間具有黏聚力，黏結(jié)較緊，一般不出現(xiàn)管涌而只發(fā)生流土破壞；一般認(rèn)為不均勻系數(shù)Cu<10的勻粒砂土，在一定的水力梯度下，局部地區(qū)較易發(fā)生流土破壞。對Cu>10的砂和礫石、卵石，分兩種情況:1.當(dāng)孔隙中細(xì)粒含量較少（小于30%）時(shí)，由于阻力較小，只要較小的水力坡降，就易發(fā)生管涌；2.如孔隙中細(xì)粒含量較多，以至塞滿全部孔隙（此時(shí)細(xì)料含量約為30%－35%），此時(shí)的阻力最大，一般不出現(xiàn)管涌而會發(fā)生流土現(xiàn)象?，F(xiàn)在是31頁\一共有39頁\編輯于星期六三、例題分析【例】某土壩地基土的土粒相對密度Gs=2.68，孔隙比e=0.82，下游滲流出口處經(jīng)計(jì)算得水力坡降i為0.2，若取安全系數(shù)Fs為2.5，試問該土壩地基出口處土體是否會發(fā)生流土破壞

?！窘狻颗R界水力坡降由于實(shí)際水力坡降i=0.2<[i]，故土壩地基出口處土體不會發(fā)生流土破壞。允許水力坡降現(xiàn)在是32頁\一共有39頁\編輯于星期六§2-4滲流工程問題與處理措施

一、滲流工程問題1.地下水的浮托作用

地下水不僅對水位以下的土體產(chǎn)生靜水壓力和浮托力，并對建筑物基礎(chǔ)產(chǎn)生浮托力

2.地下水的潛蝕作用

在施工降水等過程中產(chǎn)生水頭差，在滲流作用下發(fā)生管涌，將細(xì)顆粒沖走，破壞土的結(jié)構(gòu)。通常產(chǎn)生于粉細(xì)砂、粉土地層中。

3.流砂

流砂在工程施工中能造成大量的土體流動，使地表塌陷或建筑物的地基破壞，給施工帶來很大的困難，影響建筑工程的穩(wěn)定。通常易在粉細(xì)砂地層中產(chǎn)生，在地下水位以下的基坑開挖、埋設(shè)地下管道、打井等工程活動中常出現(xiàn)?，F(xiàn)在是33頁\一共有39頁\編輯于星期六4.基坑突涌

當(dāng)基坑下部有承壓水層時(shí)，開挖基坑減小了底板隔水層的厚度，當(dāng)隔水層較薄經(jīng)受不住承壓水頭壓力，承壓水頭壓力就會沖毀基坑底板，這種現(xiàn)象稱為基坑突涌?，F(xiàn)在是34頁\一共有39頁\編輯于星期六二、防滲處理措施1.水工建筑物滲流處理措施

水工建筑物的防滲工程措施一般以“上堵下疏”為原則，上游截滲、延長滲徑，下游則保證滲流通暢，減小滲透壓力，防止?jié)B透變形。①垂直截滲

主要目的:延長滲徑，降低上、下游的水力坡度。若垂直截滲能完全截?cái)嗤杆畬?，防滲效果更好。垂直截滲墻、帷幕灌漿、板樁等均屬于垂直截滲。

現(xiàn)在是35頁\一共有39頁\編輯于星期六②設(shè)置水平鋪蓋上游設(shè)置水平鋪蓋，與壩體防滲體連接，延長了水流滲透路徑。

黏土鋪蓋③設(shè)置反濾層砂墊層水位加筋土工布回填中粗砂拋石棱體設(shè)置反濾層，既可通暢水流，又起到保護(hù)土體、防止細(xì)粒流失而產(chǎn)生滲透變形的作用。反濾層可由粒徑不等的無黏性土組成，也可由土工布代替，上圖為某河堤基礎(chǔ)加筋土工布反濾層。

現(xiàn)在是36頁\一共有39頁\編輯于星期六④排水減壓黏性土含水層減壓井為減小下游滲透壓力，在水工建筑物下游、基坑開挖時(shí)，設(shè)置減壓井或深挖排水槽

現(xiàn)在是37頁\一共有39頁\編輯于星期六2.基坑開挖防滲措施①工程降水

采用明溝排水和井點(diǎn)降水的方法人工降低地下水位在基坑內(nèi)（外）設(shè)置排水溝、集水井，用