土中水的運動規(guī)律課件

土中水的運動規(guī)律土中運動的原因是多方面的：重力作用毛細作用土中附加應力作用溫度梯度離子濃度梯度等。本章主要研究土中水的運動規(guī)律和對工程性質(zhì)的影響。要點：土中水的滲流規(guī)律滲流計算土中水的運動規(guī)律的工程應用第一節(jié)概述（1）一、滲透性在水頭差作用下，水透過土體孔隙的流動現(xiàn)象稱為滲透，而土體允許水透過的性能則稱為土的滲透性。二、研究土的滲透性的意義（1）土是具有連續(xù)孔隙的多孔介質(zhì)，與其它所有材料的物理性質(zhì)常數(shù)的變化范圍相比，土的滲透性的變化范圍要大得多。（2）土的三個主要力學性質(zhì)指標：強度、變形和滲透性之間，有著密切的相互關(guān)系。有效應力原理將三者有機地聯(lián)系在一起。（3）土木工程各個領(lǐng)域內(nèi)許多課題都與土的滲透性有密切關(guān)系。第一節(jié)概述（2）三、地下水的存在形式地下水按其埋藏條件，可分為三種（圖3-1）：上層滯水潛水承壓水圖3-1地下水類型第二節(jié)土的毛細性一、土的毛細性及其工程影響二、土層中的毛細水帶三、毛細水上升高度和上升速度四、砂土中的毛細水壓力一、土的毛細性及其工程影響1.土的毛細性土的毛細性是指土能夠產(chǎn)生毛細現(xiàn)象的性質(zhì)。土的毛細現(xiàn)象是指上中水在表面張力作用下，沿著細的孔隙向上及向其它方向移動的現(xiàn)象。2.毛細水細微孔隙中的水被稱為毛細水。3.土的毛細現(xiàn)象對工程的影響：（1）毛細水的上升是引起路基凍害的因素之一；（2）對于房屋建筑，毛細水的上升會引起地下室過分潮濕；（3）毛細水的上升可能引起土的沼澤化和鹽漬化。二、土層中的毛細水帶根據(jù)毛細水帶的形成條件和分布，分為三種（圖3－1）：（1）正常毛細水帶（2）毛細網(wǎng)狀水帶（3）毛細懸掛水帶圖3-2土中毛細水帶示意（據(jù)高大章和袁聚云，2001）三、毛細水上升高度和上升速度（1）1.水在毛細管內(nèi)上升的現(xiàn)象(圖3-3）。2.理想毛細現(xiàn)象（1）水有保持表面積最小，即能量最小的特性；（2）水與毛細管之間存在分子吸引力而出現(xiàn)濕潤現(xiàn)象，導致水面上升。3.毛細壓力計算上舉力：水柱重力：毛細水上升最大高度：圖3-3毛細管中水柱上升示意及其力學關(guān)系（據(jù)高大章和袁聚云，2001）三、毛細水上升高度和上升速度（2）4.毛細壓力經(jīng)驗估算Hazen經(jīng)驗公式：上升最大高度：：分別為與土粒形狀及表面潔凈度有關(guān)的系數(shù)（C＝1×10-5～5×10-5m2）、土的孔隙比、土的有效粒徑（m)。四、砂土中的毛細壓力第三節(jié)土的滲透性一、土的滲流模型及達西（Darcy）定律二、土的滲透系數(shù)及其測定三、影響土的滲透系數(shù)的因素四、動水力及滲流破壞一、土的滲流模型及達西（Darcy）定律（1）1.土的滲流模型要求（1）流量相等（2）壓力相等（3）阻力相等2.層流

水流流線是互相平行的流動3.達西（Darcy）定律達西根據(jù)試驗得出，砂土的滲透流速(v)與水頭梯度（I）的關(guān)系：k為滲透系數(shù)；圖3-4達西定律試驗示意一、土的滲流模型及達西（Darcy）定律（2）3.達西（Darcy）定律（2）粘性土的滲透流速(v)與水頭梯度（I）的關(guān)系：圖3-5不同土滲流的達西定律示意的含義見圖3-5(a)砂土(b)密實粘土(c)礫砂二、土的滲透系數(shù)及其測定（1）1.滲透系數(shù)的物理含義

k值的大小反映了土滲透性的強弱，k愈大，土的滲透性也愈大。土顆粒愈粗，k值也愈大。2.滲透系數(shù)的試驗測定方法（1）室內(nèi)試驗（如常水頭試驗和變水頭試驗）（2）現(xiàn)場試驗（抽水試驗）3.成層土的滲透系數(shù)確定方法（1）滲流方向平行于層面（水平向滲流）（2）滲流方向垂直于層面（豎向滲流）二、土的滲透系數(shù)及其測定（2）（1）室內(nèi)試驗（圖3-6）常水頭試驗變水頭試驗

（a）常水頭試驗（b）變水頭試驗圖3-6室內(nèi)滲透試驗示意二、土的滲透系數(shù)及其測定（3）3.成層土的滲透系數(shù)確定方法（圖3-7）（1）滲流方向平行于層面（水平向滲流）（2）滲流方向垂直于層面（豎向滲流）

（a）成層土水平向滲流（b）成層土豎向滲流圖3-7成層土的滲透系數(shù)確定方法示意三、影響土的滲透系數(shù)的因素1.粒度成分與礦物成分2.結(jié)合水膜厚度3.土的結(jié)構(gòu)4.水的粘度5.土中氣體四、動水力及滲流破壞(1)1.動水力水流作用在單位體積土體中土顆粒上的水力GD（kN/m3），屬于體積力。2.動水力的計算公式

3.臨界水頭梯度4.流砂、管涌四、動水力及滲流破壞(2)2.動水力的計算公式(1)計算條件取飽和隔離體a-b，截面積為F，長度為L,

水頭高度分別為：H1=h1+z1、H2=h2+z2(2)平衡力分析作用在a面上的水力（）作用在a面上的水力（）土體內(nèi)水的重力在水流方向上的分量（）土顆粒受到水的浮力的反作用力在水流方向上的分量（）水流動時土顆粒對水的阻力T的合力（），其中n為孔隙率。

利用水力平衡關(guān)系可以得到：動水力GD=T=（kN/m3），方向與水流方向一致。四、動水力及滲流破壞(3)3.臨界水頭梯度當動水力GD=時，土顆粒之間的壓力為零。此時土顆粒處于懸浮狀態(tài)而失穩(wěn)，該現(xiàn)象稱為流砂現(xiàn)象。這時的水頭梯度稱為臨界水頭梯度：四、動水力及滲流破壞(4)4.流砂、管涌當動水力GD=時，土顆粒之間的壓力為零。此時土顆粒處于懸浮狀態(tài)而失穩(wěn)，該現(xiàn)象稱為流砂現(xiàn)象。在對砂性土中，細小的顆粒在動水力的作用下，通過粗顆粒的孔隙被帶走的現(xiàn)象稱為管涌。管涌與土體的不均勻系數(shù)有關(guān)，其值越大，越容易發(fā)生。流砂現(xiàn)象發(fā)生在土體表面出水口，管涌則在表面及內(nèi)部均可能出現(xiàn)。第四節(jié)土中水的運動規(guī)律的工程應用（1）一、基坑穩(wěn)定性分析1.基坑底部隆起2.板狀深度設計3.施工降水設計（a）單側(cè)板樁墻（b）雙側(cè)板樁墻第四節(jié)土中水的運動規(guī)律的工程應用（2）三、凍融現(xiàn)象及工程危害（1）1.凍土現(xiàn)象凍土分為：季節(jié)性凍土、隔年凍土和多年凍土。凍土現(xiàn)象：與凍土的凍結(jié)與融化過程中有關(guān)的土體的物理化學性質(zhì)或工程力學性質(zhì)變化的現(xiàn)象稱為凍土現(xiàn)象。凍脹現(xiàn)象：在某些土體在凍結(jié)時體積膨脹。滲流規(guī)律在路堤中的應用二、路堤滲流穩(wěn)定性三、凍融現(xiàn)象及工程危害（2）2.工程危害（1）凍脹作用如道路、隧道、支擋結(jié)構(gòu)（2）凍融

道路翻漿、基礎沉降、結(jié)構(gòu)損傷3.凍脹的機理與影響因素（1）（1）凍脹的原因關(guān)于凍脹的原因，大致可以分為：水的相變而體積增大和水分向凍結(jié)土體表層凍結(jié)