土中水的運動規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律和對工程性質的影響。要點：土中水的滲流規律滲流計算土中水的運動規律的工程應用第一節概述（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）土是具有連續孔隙的多孔介質，與其它所有材料的物理性質常數的變化范圍相比，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指標：強度、變形和滲透性之間，有著密切的相互關系。有效應力原理將三者有機地聯系在一起。（3）土木工程各個領域內許多課題都與土的滲透性有密切關系。第一節概述（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生毛細現象的性質。土的毛細現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象。2.毛細水細微孔隙中的水被稱為毛細水。3.土的毛細現象對工程的影響：（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）毛細網狀水帶（3）毛細懸掛水帶圖3-2土中毛細水帶示意（據高大章和袁聚云，2001）三、毛細水上升高度和上升速度（1）1.水在毛細管內上升的現象(圖3-3）。2.理想毛細現象（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濕潤現象，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系（據高大章和袁聚云，2001）三、毛細水上升高度和上升速度（2）4.毛細壓力經驗估算Hazen經驗公式：上升最大高度：：分別為與土粒形狀及表面潔凈度有關的系數（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、土的滲透系數及其測定三、影響土的滲透系數的因素四、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）定律達西根據試驗得出，砂土的滲透流速(v)與水頭梯度（I）的關系：k為滲透系數；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、土的滲透系數及其測定（1）1.滲透系數的物理含義

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.滲透系數的試驗測定方法（1）室內試驗（如常水頭試驗和變水頭試驗）（2）現場試驗（抽水試驗）3.成層土的滲透系數確定方法（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、土的滲透系數及其測定（2）（1）室內試驗（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室內滲透試驗示意二、土的滲透系數及其測定（3）3.成層土的滲透系數確定方法（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成層土的滲透系數確定方法示意三、影響土的滲透系數的因素1.粒度成分與礦物成分2.結合水膜厚度3.土的結構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而失穩，該現象稱為流砂現象。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而失穩，該現象稱為流砂現象。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象稱為管涌。管涌與土體的不均勻系數有關，其值越大，越容易發生。流砂現象發生在土體表面出水口，管涌則在表面及內部均可能出現。第四節土中水的運動規律的工程應用（1）一、基坑穩定性分析1.基坑底部隆起2.板狀深度設計3.施工降水設計（a）單側板樁墻（b）雙側板樁墻第四節土中水的運動規律的工程應用（2）三、凍融現象及工程危害（1）1.凍土現象凍土分為：季節性凍土、隔年凍土和多年凍土。凍土現象：與凍土的凍結與融化過程中有關的土體的物理化學性質或工程力學性質變化的現象稱為凍土現象。凍脹現象：在某些土體在凍結時體積膨脹。滲流規律在路堤中的應用二、路堤滲流穩定性三、凍融現象及工程危害（2）2.工程危害（1）凍脹作用如道路、隧道、支擋結構（2）凍融

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