土力学-第2章.ppt

二、变水头试验 截面面积a 变水头法在整个试验过程中，水头是随着时间而变化的，试验装置如图，试样的一端与细玻璃管相接，在试验过程中测出某一时段内细玻璃管中水位的变化，就可根据达西定律求出水的渗透系数； 粘性土，渗透系数小，流经水量少。 适用于粘性土，渗透系数小，流经水量少。 截面面积a 设玻璃管的内截面积为a，试验开始以后任一时刻t的水位差为h，经时段dt，细玻璃管中水位下落dh，则在时段dt内流经试样的水量。 二、变水头试验 试验中测取的量为：t1, t2, h1, h2 二、变水头试验 地下水位≈测压管水面 抽水量q dh dr r h h1 h2 r1 r2 观察井 不透水层 透水层 井 三、现场抽水试验 四、经验公式 1.土粒大小与级配 土粒越粗越均匀，渗透系数越大。粘粒含量越多，渗透系数 越小。 2.土的结构 3.渗透水的性质 水平渗透系数一般大于竖向渗透系数。 动力粘滞系数随水温发生明显的变化。水温愈高，水的动力 粘滞系数愈小，土的渗透系数则愈大。 4.土中封闭气体含量 土中封闭气体阻塞渗流通道，使土的渗透系数降低。封闭气 体含量愈多，土的渗透性愈小。 ?T、?20分别为T℃和20℃时水的动力粘滞系数，可查表 五、影响渗透系数的因素 土的渗透系数参考值 土类 渗透系数k(cm/s) 渗透性 卵石、碎石、砾石 10-1 高渗透性 砂 10-3~10-1 中渗透性 粉土 10-4~10-3 低渗透性 粉质粘土 10-6~10-5 极低渗透性 粘土 10-7 几乎不透水 2.3 流网及其工程应用 2.3.1 流网的性质 一、稳定渗流场中的拉普拉斯方程 Δh 根据单位时间内流入单元体的总水量必等于流出的总水量得： 就渗流问题来说，一组曲线称为等势线，在任一条等势线上各点的总水头是相等的；另一组曲线称为流线，它们代表渗流的方向。等势线和流线交织在一起形成的网格叫流网。 二、方程的解 对于各向同性的渗透介质，流网具有下列特征： （1）流线与等势线彼此正交； （2）每个网格的长宽比为常数； （3）相邻等势线间的水头损失相等； （4）各流槽的渗流量相等。 二、流网的性质 三、典型流网分析 远离坝底，流线稀疏，水力梯度小，渗透速度小 接近坝底，流线密集，水力梯度大，渗透速度大 2.4 土中渗流的作用力及渗透变形 水在土中流动 能量消耗 力图拖曳土粒 水头损失 渗透水流施于单位土体内土粒上的力称为渗流力、动水压力。 h0 0 0 hw L 贮水器 土样 滤网 a b h2 Δh2 h1 Δh1 2.4.1 渗流力 2.4.1 渗流力 1点，渗流力与重力方向一致，渗流力促使土体压密，对稳定有利； 2点，3点，渗流力与重力方向正交，对稳定不利； 4点，渗流力与重力方向相反，对稳定特别不利。 渗流力方向与渗透方向相同，大小取决于水力梯度。即 2.4.1 渗流力 当渗流力和土的有效重度相同且方向相反时，土颗粒间的压力等于零，土颗粒将处于悬浮状态而失去稳定。这种现象称为流土，此时的水头梯度成为临界水力梯度icr。 2.4.1 渗流力 流土一般发生在渗流逸出处。因此只要求出渗流逸出处的水力梯度，就可判别流土的可能性。 土处于稳定状态 土处于临界状态 土处于流土状态 2.4.1 渗流力 2.4.2 渗透变形 渗流 土体内部应力状态变化 土体的局部稳定问题 土体的整体稳定问题 管涌、流土等 水库塌岸岸坡、 土坝在水位 降落时引起的滑动 流土：在渗流作用下局部土体表面隆起，或土粒群同时起动而流失的现象。它主要发生在地基或土坝下游渗流溢出处。 管涌：在渗流作用下土体中的细土粒在粗土粒形成的孔隙通道中发生移动并被带出的现象。它主要发生在砂砾土中。 2.4.2 渗透变形 一、渗透变形的形式 流土与管涌的比较 流土 土体局部范围的颗粒同时发生移动或局部土体表面隆起 管涌 只发生在水流渗出的表层 只要渗透力足够大，可发生在任何土中 破坏过程短 导致下游坡面产生局部滑动等 现象 位置 土类 历时 后果 土体内细颗粒通过粗粒形成的孔隙通道移动 可发生于土体内部和渗流溢出处 一般发生在特定级配的无粘性土或分散性粘土 破坏过程相对较长 导致结构发生塌陷或溃口 一、渗透变形的形式 二、流土 二、流土 三、管涌 三、管涌 三、管涌 三、管涌 反滤倒渗 三、管涌 反滤围井 三、管涌 蓄水反压 第二章 土的渗透性与土中渗流 §2.1 概述 §2.2 渗流理论 §2.3 流网及其工程应用 §2.4 土中渗流的作用力及渗透变形 产生的问题 一、渗漏，造成水量损失 二、引起土体内部应力状态的变化，从而改 变地基、边坡或土工建筑物的稳定条件。 2.1 概述 三、影响土体