1、第3章 土的滲透性及滲流第二章回顧n1.若某砂土的天然孔隙比與其能達到的最大孔隙比相等，則該土n (A)處于最疏松狀態 (B)處于中等密實狀態 (C)處于最密實狀態n2.飽和土的組成為：n(A)固相 (B)固相液相n (C)固相液相氣相 (D)液相n3.在土的三相比例指標中，三項基本的試驗指標是( )、( )、( )。它們分別可以采用( )法、( )法和( )法測定。n4. 所謂土的含水量，是指：n(A)水的質量與土體總質量比 (B)水的體積與孔隙體積之比 (C)水的質量與土體中固體部分質量之比n5.下列土的物理性質指標中，反映土密實程度的是:n(A)土的重度 (B)孔隙比 (C)干重度 (D

2、)土粒比重。n6.決定無黏性土工程性質的好壞是無粘性土的（ ），它是用指標（ ）或（ ）來衡量。n7.粘粒含量越多，顆粒粒徑越( ) 。比表面積越（ ），親水性越（ ），結合水含量越（ ），塑性指數Ip 越（ ）。n8.黏性土的液性指數的正負、大小表征黏性土的（ ）形狀，IL1.0為（ ）形狀， IL 0為（ ）形狀。n9.下列指標的（ ）與無黏性土無關。n（A孔隙比 (B)液性指數C最大孔隙比n （D含水量 （E靈敏度n10.關于塑限的正確說法包括（ ）。n（A土體由塑性狀態轉為流動狀態的界限含水量；n（B土體由半固態轉為塑性狀態的界限含水量;n（C一般用wp表示n（D一般用wL表示n11.

3、 稠度界限阿太堡界限的定義為（ ）。n（A粘性土隨含水量的變化從固態變為半固態時的界限含水率；（B粘性土的含水量與粘粒含量的比值；（C粘性土隨含水量的變化從半固態變為可塑狀態時的界限含水率；（D粘性土隨含水量的變化從一種狀態變為另一種狀態時的界限含水率。n12. 某黏性土的塑性指數IP19，該土的名稱為( )。n(A)粉土 (B)粉質黏土 (C)黏土 (D)砂本講內容n第3章 土的滲透性及滲流n3.1 概述n3.2 土的滲透性n3.3 土中二維滲流及流網n3.4 滲透破壞與控制3.1 概述下游下游上游上游土壩蓄水后水透土壩蓄水后水透過壩身流向下游過壩身流向下游基坑開挖時，基坑開挖時，地下水向基

4、坑地下水向基坑內流動內流動 支護結構支護結構不 透 水 層不 透 水 層一、工程背景一、工程背景二、基本概念二、基本概念n水透過土體孔隙的現象稱為滲透 n土具有被水透過的性能稱為土的滲透性n水在土體孔隙中流動的現象稱為滲流n土的滲透性研究包括三個方面：n（1滲流量問題；n（2滲透破壞問題；（長江水災，基坑坍塌）n（3滲流控制問題。（堤壩防滲墻、基坑防滲）下水管漏水所致基坑坍塌成都成都“樓歪歪樓歪歪”-臨近基坑開挖事故臨近基坑開挖事故合肥“樓歪歪” -臨近基坑開挖事故3.2 土的滲透性n3.2.1 滲流基本概念n滲流模型：層流(a)(a)水在土孔隙中的水在土孔隙中的運動運動(b)(b)滲流模型滲

5、流模型水在土孔隙中的運動軌跡與滲流模型水在土孔隙中的運動軌跡與滲流模型3.2.2 土的層流滲透定律一、達西滲透定律一、達西滲透定律18551855年法國學者年法國學者DarcyDarcy對砂對砂土的滲透性進行研究土的滲透性進行研究結論：結論： 水在土中的滲透速度水在土中的滲透速度與試樣的水力梯度成與試樣的水力梯度成正比正比v=ki達西定律水力梯度，即沿滲流方向水力梯度，即沿滲流方向單位距離的水頭損失單位距離的水頭損失 hilD D= =滲透系數滲透系數二、達西滲透定律適用范圍二、達西滲透定律適用范圍討論：討論：砂土的滲透速度與水力梯度砂土的滲透速度與水力梯度呈線性關系呈線性關系 密實的粘土，需

6、要克服結合水密實的粘土，需要克服結合水的粘滯阻力后才能發生滲透的粘滯阻力后才能發生滲透; ;同同時滲透系數與水力梯度的規律時滲透系數與水力梯度的規律還偏離達西定律而呈非線性關還偏離達西定律而呈非線性關系系 ib起始水起始水力梯度力梯度虛直線簡化虛直線簡化達西定律適用于層流，達西定律適用于層流，不適用于紊流礫類不適用于紊流礫類土和巨粒土）土和巨粒土）v=kiivO O砂土砂土0iv密實粘土密實粘土bvk ii=3.2.3 滲透系數的測定 n滲透系數的大小是直接衡量土的透水性強弱的重要力學性質指標。滲透系數的測定可以分為現場試驗和室內試驗兩大類。n1. 室內試驗：n常水頭試驗：適用于透水性強的無粘

7、性土n變水頭試驗：適用于透水性弱的粘性土。常水頭法無粘性土n常水頭法就是在整個試驗過程中，水頭保持不變，試驗裝置如圖 n用量筒和秒表測出某一時刻t內流經試樣的水量Q，即可求出流過土體的流量，再根據達西定律求解khtAQLkD=（3-11）h變水頭法粘性土n粘性土，滲透系數小，流經水量少n 變水頭法在整個試驗過程中，水頭是隨著時間而變化的1212ln3 12haLkaA tth=a-細玻璃管截面積 A-土樣截面積 2.現場測定法（3-14）tQq =3.影響滲透系數的因素 影響滲透系數的因素很多，諸如土的種類、級配、孔隙比及水的溫度等。(自學)課堂練習題課堂練習題 n設變水頭試驗時，黏土試樣的截

8、面積為A30cm2，厚度為L4cm；滲透儀玻璃管的內徑為d0.4cm，試驗開始時，水位差為h1160 cm，經時段7min 25s后，觀測得到水頭差為h2145 cm，試求試樣的滲透系數。解：n已知面積A30 cm2。滲徑長度L4cm，玻璃管的內徑截面積為a=0.126cm2 。nh1160 cm，h2145 cm，nt10，t2760+25445s。12126ln0.126 4160ln3.71 10 cm/s30 445145haLkA tth=3.3 土中二維滲流和流網3.3.1 二維滲流方程 一維滲流可用達西定律進行計算，而實際工程中，滲流是二維或三維的，這時達西定律需用微分形式表達，

9、然后根據邊界條件求解。當滲流場中水頭及流速等滲流要素不隨時間改變時，這種滲流稱為穩定滲流。穩定滲流場中的二維滲流方程稱為拉普拉斯方程3-26），引進邊界條件可求解。（自學）求解方法有多種，常用的為圖解法繪制流網3.3.2 流網特征與繪制n流網是兩組彼此正交的曲線，一組稱為等勢線各點水頭相等），另一組稱為流線表示滲流的方向），等勢線和流線交織在一起形成的網格叫流網典型流網分析接近壩底，流線密集，水力梯度大，滲透速度大遠離壩底，流線稀疏，水力梯度小，滲透速度小流槽正交流網特征n流線與等勢線彼此正交n相鄰等勢線間的水頭損失相等n各流槽的滲流量相等3.4 滲透破壞與控制滲流土體內部應力狀態變化土體的局

10、部穩定問題土體的整體穩定問題管涌、流土等水庫塌岸岸坡、土壩倒塌3.4.1 滲流力水在土中流動能量消耗力圖拖曳土粒水頭損失滲透水流施于單位土體內土粒上的拖曳力稱為滲流力滲透力、動水壓力wJi=滲流力是一種體積力3.4.2 -3 滲透變形的形式n流土n管涌臨界水力梯度臨界水力梯度當h增大到某一數值時，向上的滲流力克服了重力，土體就要發生浮起，俗稱流土。此時的水力梯度就稱為臨界水力梯度，用icr表示wcrcrwiiJJVVJVW=00即：衡條件分析土骨架隔離體的平s1111 11swscrdedidne =（3-43）流土管涌n指在滲透水流的作用下，土中的顆粒被水流逐漸帶走，最終導致土體內形成貫通的滲流管道，造成土體坍塌的現象。一般粘性土只會發生流土，而不會發生管涌，屬于非管涌土無粘性土中粗顆粒構成的孔隙直徑大于細顆粒的直徑時，才可能讓細顆粒在其中移動，這是發生管涌的必要條件湖南望城湘江大堤管涌管涌管涌的治理反濾層反濾層：反濾層是由2-4層顆粒大小不同的砂、碎石或卵石等材料做成的，順著水流的方向顆粒逐漸增大，任一層的顆粒都不允許穿過相鄰較粗一層的孔隙。設置反濾層后滲透水流出時就帶不走堤壩體或地基中的土壤，從而防止管涌和流土的發生。 管涌的治理反濾圍井管涌的治理減壓圍井減壓圍井又稱養水盆，是在堤壩背水坡腳附近險情處使用土袋搶筑圍井