土的滲透性精編版

1、土中水的運(yùn)動規(guī)律土中水的運(yùn)動規(guī)律工程背景工程背景 土中水并非處于靜止不變的狀態(tài)，而是運(yùn)動著的。例如：在重力的作用下，地下水流動(滲透問題滲透問題)由于液體表面張力產(chǎn)生的水分移動(毛細(xì)水毛細(xì)水) 土中水運(yùn)動引起許多工程問題，如流砂、凍脹、滲透固結(jié)、滲透時邊坡穩(wěn)定等。3.1 土的毛細(xì)性1、土的、土的毛細(xì)性毛細(xì)性是指能夠產(chǎn)生毛細(xì)現(xiàn)象的性質(zhì)。是指能夠產(chǎn)生毛細(xì)現(xiàn)象的性質(zhì)。土的土的毛細(xì)現(xiàn)象毛細(xì)現(xiàn)象是指土中水在表面張力作用下，沿著細(xì)是指土中水在表面張力作用下，沿著細(xì)的孔隙向上及其它方向移動的現(xiàn)象。的孔隙向上及其它方向移動的現(xiàn)象。毛細(xì)現(xiàn)象在以下毛細(xì)現(xiàn)象在以下四個四個方面對工程有影響：方面對工程有影響：（1）毛

2、細(xì)水的上升是引起路基凍害因素之一；）毛細(xì)水的上升是引起路基凍害因素之一；（2）對建筑毛細(xì)水上升引起地下室過分潮濕；）對建筑毛細(xì)水上升引起地下室過分潮濕；（3）毛細(xì)水的上升可能引起土地的沼澤化和鹽漬化；）毛細(xì)水的上升可能引起土地的沼澤化和鹽漬化；（4）當(dāng)?shù)叵滤薪g性時，毛細(xì)水上升對建筑物和構(gòu)）當(dāng)?shù)叵滤薪g性時，毛細(xì)水上升對建筑物和構(gòu)筑物的基礎(chǔ)中的混凝土、鋼筋等形成浸蝕作用。筑物的基礎(chǔ)中的混凝土、鋼筋等形成浸蝕作用。2、土層中毛細(xì)水分布、土層中毛細(xì)水分布土層中由于毛細(xì)現(xiàn)象所潤濕的范圍稱為毛細(xì)水帶，根據(jù)其形土層中由于毛細(xì)現(xiàn)象所潤濕的范圍稱為毛細(xì)水帶，根據(jù)其形成條件和分布狀況分成成條件和分布狀況分

3、成3帶：帶：（1）正常毛細(xì)水帶正常毛細(xì)水帶（毛細(xì)飽和帶）。位于毛細(xì)水帶的下部，（毛細(xì)飽和帶）。位于毛細(xì)水帶的下部，與地下潛水相通。主要是由潛水面直接上升而形成的。隨與地下潛水相通。主要是由潛水面直接上升而形成的。隨水位升降而移動。水位升降而移動。（2）毛細(xì)網(wǎng)狀水帶毛細(xì)網(wǎng)狀水帶。位于毛細(xì)水帶的。位于毛細(xì)水帶的中中部，可在表面張力部，可在表面張力和重力作用下移動。和重力作用下移動。（3）毛細(xì)懸掛水帶毛細(xì)懸掛水帶。位于毛細(xì)水帶的。位于毛細(xì)水帶的上上部，主要是由地表部，主要是由地表水滲入而成的。在重力作用下移動。水滲入而成的。在重力作用下移動。地下水上升原理地下水上升原理由于液體與空氣的分界面上存在著

4、表面張力，因而在液體表面表面任意劃一條線，線兩側(cè)的液體都會和攏；另外，毛細(xì)管管壁的分子和水分子之間有引力作用，這個引力使與管壁接觸部分的水面呈向上彎曲狀，這種現(xiàn)象稱為毛細(xì)水的上升是由于液體的“表面張力表面張力”和毛細(xì)管的“濕潤現(xiàn)象濕潤現(xiàn)象”產(chǎn)生的。l水在重力作用下通過土中的孔隙發(fā)生流動的現(xiàn)象稱為滲透 。l土具有被水透過的性能稱為土的滲透性3.2 土的滲透性圖 2-1水在土體中的滲透，一方面會造成水量的損失，影響工程效益；另一方面將引起土體內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)的變化，從而改變水工建筑物或地基的穩(wěn)定條件，嚴(yán)重時還會釀成破壞事故。土的滲透性的強(qiáng)弱，對土體的固結(jié)、強(qiáng)度以及工程施工都有非常重要的影響 關(guān)于防滲

5、墻防滲墻射水法施工防滲墻圖 2-2基本概念l流線：水的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動軌跡。l地下水流動的基本形式：層流和紊流l層流：流速較小，流線互相平行的水流。l紊流：流速較大，水的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動軌跡不規(guī)則，流線互相交錯，產(chǎn)生局部漩渦的水流。l由于土中孔隙一般非常微小，水在土體中流動時的黏滯阻力很大，流速緩慢 層流。水在土中的滲透速度和試樣兩端水面間的水位差成正比，而與滲徑長度成反比 hiLhkvkiAvAq達(dá)西滲透實(shí)驗(yàn)裝置一、達(dá)西滲透定律kiLhkvDarcy滲透定律lv 滲透速度（cm/s或m/s）lq 滲流量（cm3/s或m3/s）li 水力坡降，沿滲流方向單位距離的水頭 損失，無量綱lh 試樣兩端的水位差，即水

6、頭損失lL 滲流長度lk 滲透系數(shù)（cm/s或m/s,m/d）lA 試樣截面積（cm2或者m2）水在土中流動力圖拖曳土粒滲透水流施于單位土體內(nèi)土粒上的拖曳力稱為 滲流力能量消耗水頭損失流速與水力坡降的關(guān)系砂土砂土的水力坡降與滲透速度呈線性關(guān)系，符合達(dá)西滲透定律。圖2-4 達(dá)西定律 流速與水力坡降的關(guān)系黏土對于密實(shí)的黏土，由于吸著水具有較大的黏滯阻力，因此，只有當(dāng)水力坡降達(dá)到某一數(shù)值后，克服了吸著水的黏滯阻力以后，才能發(fā)生滲透。我們將這一開始發(fā)生滲透時的水力坡降成為黏性土的起始水力坡降ib圖2-4 達(dá)西定律 l黏性土不但存在起始水力坡降，而且當(dāng)水力坡降超過起始水力坡降后，滲透速度與水力坡降的規(guī)律

7、還偏離達(dá)西滲透定律而呈非線性關(guān)系。為方便，用虛直線來描述密實(shí)黏土地滲透速度與水力坡降的關(guān)系，用以下形式表示。 流速與水力坡降的關(guān)系黏土biikv注意l按照達(dá)西定律求出的滲透速度是一種假想的平均流速 ，它假定水在土中的滲透是通過土體截面來進(jìn)行的 。l實(shí)際上 ，水在土體中的實(shí)際流速要比用達(dá)西定律求出的流速要大得多。他們之間的關(guān)系為 ：eevnvv1Darcy滲透定律的適用條件 l太沙基通過大量試驗(yàn)證明從砂土到黏土達(dá)西滲透定律只有當(dāng)滲流為層流的時候才能適用。l黏性土存在臨界水力坡降l滲透系數(shù)的大小是直接衡量土的透水性強(qiáng)弱的重要力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)。滲透系數(shù)的測定可以分為現(xiàn)場試驗(yàn)現(xiàn)場試驗(yàn)和室內(nèi)試驗(yàn)室內(nèi)試驗(yàn)兩大

8、類。一般，現(xiàn)場試驗(yàn)比室內(nèi)試驗(yàn)得到的結(jié)果要準(zhǔn)確可靠。因此，對于重要工程常需進(jìn)行現(xiàn)場測定。 l室內(nèi)測定土地滲透系數(shù)的儀器和方法很多，但就其原理來講，可分為常水頭試驗(yàn)常水頭試驗(yàn)和變變水頭試驗(yàn)水頭試驗(yàn)兩種，前者適用于透水性強(qiáng)的無黏性土，后者適用于透水性弱的黏性土。 二、 滲透系數(shù)1、常水頭法 l常水頭法就是在整個試驗(yàn)過程中，水頭保持不變，試驗(yàn)裝置如圖示。 l用量筒和秒表測出某一時刻t內(nèi)流經(jīng)試樣的水量V，即可求出流過土體的流量，再根據(jù)達(dá)西定律求解kALhkvAtVqAhtVLk 圖 2-52、變水頭法l黏性土，滲透系數(shù)小，流經(jīng)水量少l變水頭法在整個試驗(yàn)過程中，水頭是隨著時間而變化的，試驗(yàn)裝置如圖，試樣的

9、一端與細(xì)玻璃管相接，在試驗(yàn)過程中測出某一時段內(nèi)細(xì)玻璃管中水位的變化，就可根據(jù)達(dá)西定律求出水的滲透系數(shù)。圖 2-62、變水頭法l設(shè)玻璃管的內(nèi)截面積為a，試驗(yàn)開始以后任一時刻t的水位差為h，經(jīng)時段dt，細(xì)玻璃管中水位下落dh，則在時段dt內(nèi)流經(jīng)試樣的水量adhdVAdtLhkdV 圖 2-7變水頭法hdhkAaLdt2112ln)(hhttAaLk3 3、現(xiàn)場測定法、現(xiàn)場測定法有野外注水試驗(yàn)和抽水試驗(yàn)等，是在現(xiàn)場鉆井孔或挖試坑，在往地基中注水或抽水時，量測地基中的水頭高度和滲流量，再根據(jù)相應(yīng)的理論公式求出滲透系數(shù)k值。無壓完整井抽水試驗(yàn)4 4、經(jīng)驗(yàn)估算法、經(jīng)驗(yàn)估算法1991年 哈森哈森提出用有效粒

10、徑d10計(jì)算較均勻砂土的公式:1955年，太沙基太沙基提出考慮土體孔隙比e的經(jīng)驗(yàn)公式:210dk 22102edk土的滲透系數(shù)參考值土類滲透系數(shù)k(cm/s)滲透性純礫10-1高滲透性純礫與礫混合物10-310-1中滲透性極細(xì)砂10-510-3低滲透性粉土、砂與黏土混合物10-710-5極低滲透性黏土10-7幾乎不透水 影響滲透系數(shù)的因素很多，諸如土的種類、級配、孔隙比及水的溫度等。因此，為了準(zhǔn)確地測定土的滲透系數(shù)，必須盡力保持土的原始狀態(tài)并消除人為因素的影響 5、影響土的滲透性的因素l土的粒度成分及礦物成分l結(jié)合水膜的厚度l土的結(jié)構(gòu)構(gòu)造l水的黏滯度（與溫度有關(guān)）l土中的氣體6、成層土的滲透系數(shù)l天然沉積土往往由滲透性不同的土層組成。對于與土層層面平行和垂直的簡單滲流情況，當(dāng)各層的滲透系數(shù)和厚度已知時，我們可以求出整個土層與層面平行和垂直的平均滲透系數(shù)，作為進(jìn)行滲透計(jì)算的依據(jù)。(1)、與層面平行的情況iHkqxxniiixHkHk11niixxqq1iiixiHkq niiixiHkq1達(dá)西定律圖 2-9(2)、與層面垂直的情況圖 2-10與層面垂直的情況AHhkqyqAikAHhkqiiiiiinyyyyqqqq21水流連續(xù)原理達(dá)西定律任一土層流量hAHqkyniiiykHHk1nhhhh21整個土層的水頭損失結(jié)論l對于成層土，