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《《土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)》第4章_土的滲透性與土中滲流課件》由會(huì)員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。
1、當(dāng)飽和土中的兩點(diǎn)存在能量差時(shí),水就在土的孔隙中從能量高的點(diǎn)向能量低的點(diǎn)流動(dòng)。滲流:水在土體中流動(dòng)的現(xiàn)象。滲透性:土具有被水等液體透過(guò)的性質(zhì)。滲透研究的內(nèi)容:1.滲流量。2.滲透變形(滲透破壞)3.滲流控制水頭:?jiǎn)挝恢亓克w所具有的能量。按照伯努里方程,液流中一點(diǎn)的總水頭由三部分組成:1.位置水頭z2.壓力水頭u/?w3.流速水頭v2/2g達(dá)西定律一、土的滲透定律——達(dá)西定律(H.Darcy,1856)1.滲流中的總水頭與水力坡降液體流動(dòng)必須滿足的條件:連續(xù)原理能量守恒原理(伯努里D.Bernoulli方程)為了研究的方便,常用水頭的概念
2、來(lái)研究水體流動(dòng)中的位能和動(dòng)能。h=z+u/?w+v2/2g由于土中滲流阻力大,流速v在一般情況下都很小,可以忽略。達(dá)西定律h=z+u/?w伯努里方程用于土中滲流時(shí)有兩點(diǎn)需要指出:(1)飽和土體中兩點(diǎn)間是否出現(xiàn)滲流,完全由總水頭差決定。只有當(dāng)兩點(diǎn)間的總水頭差時(shí),才會(huì)發(fā)生水從總水頭高的點(diǎn)向總水頭低的點(diǎn)流動(dòng)。(2)由于土中滲流阻力大,故流速v在一般情況下都很小,因而形成的流速水頭也很小,為簡(jiǎn)便起見(jiàn)可以忽略。水力坡降由于滲流過(guò)程中存在能量損失,測(cè)管水頭線沿滲流方向下降。兩點(diǎn)間的水頭損失,可用一無(wú)量綱的形式來(lái)表示,即i=?h/Li稱為水力坡降,L
3、為兩點(diǎn)間的滲流路徑,水力坡降的物理意義:單位滲流長(zhǎng)度上的水頭損失。2達(dá)西定律達(dá)西根據(jù)對(duì)不同尺寸的圓筒和不同類型及長(zhǎng)度的土樣所進(jìn)行的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),滲出量Q與圓筒斷面積A和水力坡降i成正比,且與土的透水性質(zhì)有關(guān)。即寫成等式為:上式稱為達(dá)西定律。式中,v-斷面平均滲透速度,單位mm/s或m/day;k-反映土的透水性能的比例系數(shù),稱為土的滲透系數(shù)。它相當(dāng)于水力坡降i=1時(shí)的滲透速度,故其量綱與流速相同,mm/s或m/day。滲透流速v并不是土孔隙中水的實(shí)際平均流速。因?yàn)楣酵茖?dǎo)中采用的是土樣的整個(gè)斷面積,其中包括了土粒骨架所占的部分面積在內(nèi)。土粒
4、本身是不能透水的,故真實(shí)的過(guò)水面積Av應(yīng)小于A,從而實(shí)際平均流速認(rèn)應(yīng)大于v。一般稱v為假想滲流速度v與vs的關(guān)系可通過(guò)水流連續(xù)原理建立:Vs=v/n為了研究的方便,滲流計(jì)算中均采用假想的平均流速。滲透速度與實(shí)際平均流速達(dá)西定律的適用范圍達(dá)西定律是描述層流狀態(tài)下滲透流速與水頭損失關(guān)系的規(guī)律,即滲流速度v與水力坡降i成線性關(guān)系只適用于層流范圍。在土木工程中,絕大多數(shù)滲流,無(wú)論是發(fā)生砂土中或一般的粘性土中,均介于層流范圍,故達(dá)西定律均可適用。3滲透系數(shù)的測(cè)定和影響因素滲透系數(shù)k是一個(gè)代表土的滲透性強(qiáng)弱的定量指標(biāo),也是滲流計(jì)算時(shí)必須用到的一個(gè)基
5、本參數(shù)。不同種類的土,k值差別很大。因此,準(zhǔn)確地測(cè)定土的滲透系數(shù)是一項(xiàng)十分重要的工作。(1)滲透系數(shù)的測(cè)定方法滲透系數(shù)的測(cè)定方法主要分實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測(cè)定和野外現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定兩大類。實(shí)驗(yàn)室測(cè)定法目前在實(shí)驗(yàn)室中測(cè)定滲透系數(shù)k的試驗(yàn)方法很多,但從試驗(yàn)原理上大體可分為常水頭法和變水頭法兩種?,F(xiàn)場(chǎng)測(cè)定法現(xiàn)場(chǎng)研究場(chǎng)地的滲透性,進(jìn)行滲透系數(shù)k值測(cè)定時(shí),常用現(xiàn)場(chǎng)并孔抽水試驗(yàn)或井孔注水試驗(yàn)的方法。常水頭試驗(yàn)適用于測(cè)定透水性大的砂性土的滲透系數(shù)。變水頭試驗(yàn)適用于測(cè)定滲透性很小的粘性土的滲透系數(shù)。由于粘性土的滲透水量很少,用常水頭試驗(yàn)不易準(zhǔn)確測(cè)定。影響滲透系數(shù)的因素1.
6、土的性質(zhì)對(duì)k值的影響(1)粒徑大小與級(jí)配;(2)孔隙比;(3)礦物成分;(4)土的結(jié)構(gòu);(5)飽和度。尤以前兩項(xiàng),即粒徑大小和孔隙比對(duì)k的影響最大。2.滲透水的性質(zhì)對(duì)k值的影響水的性質(zhì)對(duì)滲透系數(shù)k值的影響主要是由于粘滯度不同所引起。溫度高時(shí),水的粘滯性降低,k值變大:反之k值變小。層狀地基的等效滲透系數(shù)大多數(shù)天然沉積土層是由滲透系數(shù)不同的層土所組成,宏觀上具有非均質(zhì)性。等效方法:等效厚度等于各土層之和。等效滲透系數(shù)的大小與水流的方向有關(guān)。層狀土層單一土層(一)水平向滲流水平滲流的特點(diǎn):(1)各層土中的水力坡降i=(?h/L)與等效土層的
7、平均水力坡降i相同。(2)垂直x-z面取單位寬度,通過(guò)等效土層H的總滲流量等于各層土滲流量之和,即將達(dá)西定律代入上式可得沿水平方向的等效滲透系數(shù)kx:(二)豎直向滲流豎直滲流的特點(diǎn):(1)根據(jù)水流連續(xù)原理,流經(jīng)各土層的流速與流經(jīng)等效土層的流速相同,即(2)流經(jīng)等效土層H的總水頭損失h等于各層上的水頭損失之和,即將達(dá)西定律代入上式可得沿豎直方向的等效滲透系數(shù)kz:滲透力和滲透變形(一)滲透力實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證當(dāng)h1=h2時(shí),土中水處于靜止?fàn)顟B(tài),無(wú)滲流發(fā)生,貯水器向上提升,使h1>h2,由于存在水頭差.土中產(chǎn)生向上的滲流。水頭差?h是土體中滲流所損失
8、的能量。能量損失說(shuō)明土粒對(duì)水流給以阻力;反之.滲流必然對(duì)每個(gè)土顆粒有推動(dòng)、摩擦和拖曳的作用力,稱之為滲透力,可定義為每單位土體內(nèi)土顆粒所受的滲流作用力,用j表示。取土—水為整體作為隔離體,則作用在土柱上的力