土的滲透性完整版本

1.1達西定律滲透定律:在層流狀態(tài)的滲流中，滲透速度v與水力坡降i的一次方成正比，并與土的性質有關。注意：V：假想滲流速度，土體試樣全斷面的平均滲流速度V′：實際平均滲流速度，孔隙斷面的平均滲流速度k:反映土的透水性能的比例系數(shù)，稱為滲透系數(shù)物理意義：水力坡降i＝1時的滲流速度單位：mm/s,cm/s,m/s,m/day任務1確定土的滲透性1達西定律及適用范圍粗粒土：在純礫以上的很粗的粗粒土如堆石體中，在水力坡降較大時，達西定律不再適用1.2達西定律的適用范圍ivovcrivib層流（線性流）——大部分砂土，粉土；疏松的粘土及砂性較重的粘性土兩種特例粘性土：致密的粘土存在起始水力坡降

i>ib,v=k(i-ib

)礫土密實粘土1.3影響滲透系數(shù)的主要因素1.3.1土粒大小與級配

細粒含量愈多，土的滲透性愈小，例如砂土中粉粒及粘粒含量愈多時，砂土的滲透系數(shù)就會大大減小。

1.3.2土的密實度

1.3.3水的溫度

同種土在不同的密實狀態(tài)下具有不同的滲透系數(shù)，土的密實度增大，孔隙比降低，土的滲透性也減小，k值愈小。

動力粘滯系數(shù)隨水溫發(fā)生明顯的變化。水溫愈高，水的動力粘滯系數(shù)愈小，土的滲透系數(shù)則愈大。1.3.4封閉氣體的含量

一般情況下飽和度愈低，k值愈小。這是因為低飽和土中的孔隙中存在較多氣泡減小過水斷面積，阻塞滲流通道。

T、

20分別為T℃和20℃時水的動力粘滯系數(shù)，可查表

2滲透系數(shù)的測定時間t內流出的水量2.1常水頭試驗————整個試驗過程中水頭保持不變

適用于透水性大（k>103cm/s）的土，例如砂土。

2.2變水頭試驗————整個試驗過程水頭隨時間變化

截面面積a任一時刻t的水頭差為h，經時段dt后，細玻璃管中水位降落dh，在時段dt內流經試樣的水量

dV=－adh

在時段dt內流經試樣的水量

dV=kiAdt=kAh/Ldt

管內減少水量＝流經試樣水量

－adh=kAh/Ldt

分離變量積分

適用于透水性差，滲透系數(shù)小的粘性土

常水頭試驗變水頭試驗條件已知測定算定取值Δh=constΔh變化Δh，A，LQ，t重復試驗后，取均值a，A，LΔh，t室內試驗方法小結不同時段試驗，取均值適用粗粒土粘性土2.3成層土的滲透系數(shù)2.3.1水平滲透系數(shù)

H1H2H3k1k2k3Hq1xq2xq3xqx通過整個土層的總滲流量qx應為各土層滲流量之總和

達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)2.3.2垂直滲透系數(shù)

H1H2H3k1k2k3H根據(jù)水流連續(xù)定理，通過整個土層的滲流量等于通過各土層的滲流量

垂直滲透系數(shù)q3yq2yq1yqy各土層的相應的水力坡降為i1、i2、…、in，總的水力坡降為i

總水頭損失等于各層水頭損失之和

代入整個土層與層面垂直的等效滲透系數(shù)

1.1滲透力任務2判斷土的滲透變形計滲透變形的防治措施1滲透力與滲透變形h2h1h21L水流流經這段土體，受到土顆粒的阻力，阻力引起的水頭損失為h滲流力的大小與水力梯度成正比，其作用方向與滲流（或流向）方向一致，是一種體積力。土粒對水流的阻力為

水流對土粒的滲透力為

滲流作用于單位土體的力說明：滲透力J是滲流對單位土體的作用力，是一種體積力，其大小與水力坡降成正比，作用方向與滲流方向一致，單位為kN/m3

abc滲透力方向與重力一致，促使土體壓密、強度提高，有利于土體穩(wěn)定滲流方向近乎水平，使土粒產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，當滲透力大于土體的有效重度，土粒將被水流沖出1.2滲透變形的基本形式

滲透水流將土體的細顆粒沖走、帶走或局部土體產生移動，導致土體變形—————滲透變形問題（流土，管涌）

1.2.1流土——在滲流作用下，局部土體表面隆起，或某一范圍內土粒群同時發(fā)生移動的現(xiàn)象。

流土發(fā)生于地基或土壩下游滲流出逸處，不發(fā)生于土體內部。開挖基坑或渠道時常遇到的流砂現(xiàn)象，屬于流土破壞。細砂、粉砂、淤泥等較易發(fā)生流土破壞。1.2.2管涌——在滲流作用下，無粘性土中的細小顆粒通過較大顆粒的孔隙，發(fā)生移動并被帶出的現(xiàn)象。土體在滲透水流作用下，細小顆粒被帶出，孔隙逐漸增大，形成能穿越地基的細管狀滲流通道，掏空地基或壩體，使其變形或失穩(wěn)。管涌既可以發(fā)生在土體內部，也可以發(fā)生在滲流出口處，發(fā)展一般有個時間過程，是一種漸進性的破壞。1.2.3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

粘性土由于粒間具有粘聚力，粘結較緊，一般不出現(xiàn)管涌而只發(fā)生流土破壞；一般認為不均勻系數(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）當孔隙中細粒含量較少（小于30%）時，由于阻力較小，只要較小的水力坡降，就易發(fā)生管涌（2）如孔隙中細粒含量較多，以至塞滿全部孔隙（此時細料含量約為30%－35%），此時的阻力最大，一般不出現(xiàn)管涌而會發(fā)生流土現(xiàn)象流土與管涌的比較

流土土體局部范圍的顆粒同時發(fā)生移動管涌只發(fā)生在水流滲出的表層只要滲透力足夠大，可發(fā)生在任何土中破壞過程短導致下游坡面產生局部滑動等現(xiàn)象位置土類歷時后果土體內細顆粒通過粗粒形成的孔隙通道移動可發(fā)生于土體內部和滲流溢出處一般發(fā)生在特定級配的無粘性土或分散性粘土破壞過程相對較長導致結構發(fā)生塌陷或潰口1.3流土和管涌的臨界水力坡降Fs:安全系數(shù)1.5~2.0[i]:允許坡降

i<icr:土體處于穩(wěn)定狀態(tài)

i=

icr:土體處于臨界狀態(tài)

i>icr:土體發(fā)生流土破壞工程設計：在自下而上的滲流逸出處，任何土，包括粘性土和無粘性土，只要滿足滲透坡降大于臨界水力坡降這一水力條件，均要發(fā)生流土：1.3.1流土的臨界水力坡降1.3.2管涌的臨界水力坡降管涌土的臨界水力梯度可通過公式計算，也可以通過試驗來測定。試驗時除了根據(jù)肉眼觀察細土粒的移動來判斷管涌外，還可借助于水力梯度i與流速v之間的變化來判斷管涌是否出現(xiàn)。2滲透變形的防治2.1水工建筑物防滲措施

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，下游通暢滲透水流，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斷透水層，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。

②設置水平鋪蓋

上游設置水平鋪蓋，與壩體防滲體連接，延長了水流滲透路徑。

粘土鋪蓋③設置反濾層

砂墊層水位加筋土工布回填中粗砂拋石棱體設置反濾層，既可通暢水流，又起到保護土體、防止細粒流失而產生滲透變形的作用。④排水減壓

粘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，設置減壓井或深挖排水槽。

2.2基坑開挖防滲措施①工程降水

采用明溝排水和井點降水的方法人工降低地下水位。在基坑內（外）設置排水溝、集水井，用抽水設備將地下水從排水溝或集水井排出原地下水位明溝排水原水位面一級抽水后水位二級