土的滲透性和滲透問題一、達西定律【基本內容】滲透——在水位差作用下，水透過土體孔隙的現象。滲透性——土具有被水透過的性能。1、達西定律v=ki=kh/L或用滲流量表示為q=vA=kiA式中v――滲透速度，cm/s或m/d；q――滲流量，cm3/s或m3/d；i=h/L――水力坡降（水力梯度），即沿滲流方向單位距離的水頭損失，無因次；h――試樣兩端的水頭差，cm或m；L――滲徑長度；cm或m；k――滲透系數，cm/s或m/d；其物理意義是當水力梯度i等于1時的滲透速度；A――試樣截面積，cm2或m2。【注意】由上式求出的v是一種假想的平均流速，假定水在土中的滲透是通過整個土體截面來進行的。水在土體中的實際平均流速要比達西定律采用的假想平均流速大。2、達西定律的適用范圍與起始水力坡降對于密實的粘土：由于結合水具有較大的粘滯阻力，只有當水力梯度達到某一數值，克服了結合水的粘滯阻力后才能發生滲透。起始水力梯度――使粘性土開始發生滲透時的水力坡降。(a)砂土(b)密實粘土(c)礫石、卵石粘性土滲透系數與水力坡降的規律偏離達西定律而呈非線性關系，如圖（b）中的實線所示，常用虛直線來描述密實粘土的滲透規律。(2-3)式中ib――密實粘土的起始水力坡降；對于粗粒土中（如礫、卵石等）：在較小的i下，v與i才呈線性關系，當滲透速度超過臨界流速vcr時，水在土中的流動進入紊流狀態，滲透速度與水力坡降呈非線性關系，如圖（c）所示，此時，達西定律不能適用。二、滲透系數及其確定方法【基本內容】一）滲透試驗1．常水頭試驗常水頭試驗適用于透水性大（k>10-3cm/s）的土，例如砂土。常水頭試驗就是在整個試驗過程中，水頭保持不變。試驗時測出某時間間隔t內流過試樣的總水量V，根據達西定律PAGE2即2．變水頭試驗粘性土由于滲透系數很小，流經試樣的總水量也很小，不易準確測定。因此，應采用變水頭試驗。變水頭試驗就是在整個試驗過程中，水頭隨時間而變化的一種試驗方法。利用數學方法可得到滲透系數如用常用對數表示，上式可寫為二）影響滲透系數的因素【討論】上述因素對滲透系數的影響三）成層土的滲透系數1．平行層面滲透系數【討論】對于成層土，如果各土層的厚度大致相近，而滲透性卻相差懸殊時，與層向平行的平均滲透系數將取決于最透水層的厚度和滲透性。2．垂直層面滲透系數【討論】對于成層土，如果各土層的厚度大致相近，而滲透性卻相差懸殊時，與層面垂直的平均滲透系數將取決于最不透水層的厚度和滲透性。【例題先自習后講解】【例2-1】設做變水頭滲透試驗的粘土試樣的截面積為30㎝2，厚度為4cm，滲透儀細玻璃管的內徑為0.4cm，試驗開始時的水位差為160cm，經時段15分觀察得水位差為52cm，試驗時的水溫為30℃，試求試樣的滲透系數。【解題思路】熟悉變水頭公式計算k20三、滲透力和滲透變形【基本內容】一）滲透力和臨界水力坡降1．滲透力滲透力――水在土體中流動時，滲透水流施加于單位土粒上的拖曳力。滲透力的特點【討論】滲透力對土體穩定的影響2．臨界水力坡降——使土體開始發生滲透變形的水力坡降。設計時，將滲流逸出處的水力坡降控制在允許坡降[i]內，即i≤[i]二）滲透變形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，這類問題稱為滲透變形問題。1．滲透變形的基本形式2．流土的特點：發生于地基或土壩下游滲流出逸處，而不發生于土體內部。開挖基坑或渠道時常常遇到的流砂現象，就屬于流土破壞。細砂、粉砂、淤泥等較易發生流土破壞。3．管涌的特點：既可以發生在土體內部，也可以發生在滲流出口處。它的發展一般有個時間過程，是一種漸進性的破壞。管涌的臨界水力梯度icr一般通過試驗確定。【工程經驗】粘性土由于粒間具有粘聚力，連結較緊，常不出現管涌而只發生流土破壞；不均勻系數Cu>10的勻粒砂土，在一定的水力梯度下，局部地區較易發生流土破壞；對Cu>10的砂和礫石、卵石，分兩種情況。當孔隙中細粒含量較少（小于30%）時，只要較小的水力坡降，就足以推動這些細粒發生管涌。如它們的孔隙中細粒增多，以至塞滿全部孔隙（此時細料含量約為30%~35%），便不出現管涌而會發生流土現象。【提問答疑】【本次課小結】1．達西定律2．測定滲透系數的方法3．滲透力與滲透變形【復習思考】1.達西定律的適用條件有哪些？2．實驗室測定滲透系數的方法有哪兩種？它們分別適用于什么情況？3．何謂滲透力？其大小、方向、單位如何？4．滲透變形的基本形式有分哪兩種？它們分別有什么特征？【課后作業】四、滲流工程問題與處理措施【基本內容】一）滲流工程問題1．地下水的浮托作用2．地下水的潛蝕作用3．流砂4．基坑突涌二）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，下游通暢滲透水流，減小滲透壓力，防止滲透變形。①垂直截滲垂直截滲墻、帷幕灌漿、板樁等都屬于垂直截滲。②設置水平鋪蓋上游設置水平鋪蓋，延長水流滲透路徑。③設置反濾層在水工建筑物下游設置反濾層，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。④排水減壓為減小下游滲透壓力，常常在水工建筑物下游、基坑開挖時，設置減壓井或深挖排水槽。【工程實例】【討論】采用上述措施的原理2．基坑開挖防滲措施①工程降水可采用明溝排水和井點降水的方法人工降低地下水位。②設置板樁沿坑壁打入板樁，它一方面可以加固坑壁，同時增加了地下水的滲流路徑，減小水力坡降。③水下挖掘在基坑或沉井中中用機械在在水下挖掘掘，避免因因排水而造造成流砂的的水頭差。為為了增加砂砂的穩定性性，也可向向基坑中注注水，并同同時進行挖挖掘。基坑開挖防滲措措施還有凍凍結法、化化學加固法法、爆炸法法等。※習題復習課【本章小結】1．層流狀態，水水在土中的的滲透速度度與試樣的的水力梯度度（或水力力坡降）成成正比；2．常水頭試驗適適用于透水水性大（k>100-3cmm/s）的土，變變水頭試驗驗