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《土中水與土的滲透及其計(jì)算》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、第4章土中水與土的滲透及其計(jì)算Chapter4Waterinsoils,seepageanditscalculation?概述Introduction?巖土中的水及其運(yùn)動(dòng)Waterinsoilsanditsmovement?地下水?地下水位以上的水圖4-1?滲流的工程意義Engineeringsignificanceofseepage?滲漏?滲透破壞?水利工程?石油和采礦工程、環(huán)境工程?土中水和滲流問題的研究歷史Researchhistoryofwaterinsoilsandseepage?土中水的研究?1901年Low給出了粘土顆粒表面結(jié)合水形成的機(jī)理；?1960年Martin得出了
2、不同厚度結(jié)合水的密度分布，1959年給出了物理模型以說明土的凍脹機(jī)理；?1975年Mitchell在出版的FundamentalsofSoilBehavior一書中，對(duì)于土中水的形態(tài)及其對(duì)土性的影響作了較全面的總結(jié)和闡述。?滲流的研究?1856年，法國(guó)工程師Darcy提出了線性滲流的達(dá)西定律?1889年，俄國(guó)的茹可夫斯基（H.E.ЖукоЬскцú）首先推導(dǎo)了滲流的微分方程?1922年，巴甫洛夫斯基（H.H.Павловскцú）提出了求解滲流場(chǎng)的電模擬法?1910年理查森（L.F.Richardson）首先提出了有限差分法?土中水的形態(tài)及其對(duì)土性的影響Configurationofw
3、aterinsoilsanditsinfluenceonsoilproperty?土與水間的物理化學(xué)作用，粘土顆粒表面的雙電層?水分子結(jié)構(gòu)及其相互作用?粘土顆粒表面的電荷?粘土顆粒表面的雙電層與結(jié)合水Doubleelectriclayersonsurfaceofparticle圖4-2?毛細(xì)水與土中吸力Capillarywaterandsuctioninsoil?毛細(xì)水和毛細(xì)水上升高度22Tcos?πrhγ=2πrTcosαcwh?(4-4)cr??毛細(xì)管空?氣l?固體hc水圖4-4毛細(xì)水上升毛細(xì)壓力2πrTcosα+uπr2=0cu???h(4-5)cwc非飽和土中毛細(xì)張力影響?土中
4、吸力Suctioninsoil圖4-5圖4-7圖4-6?基質(zhì)吸力Matricsuction主要是指土中毛細(xì)作用?滲透吸力Osmoticsuction由于土中水溶液中鹽分濃度不同引起的?非飽和土中基質(zhì)吸力可表示為：s=u?u(4-6)aw吸力也可用毛細(xì)管折算的上升高度表示s=hγww為了方便，有時(shí)也用吸力指數(shù)pF表示：pF=logh10w(4-7)?土的凍脹和凍融作用Frostheaveandthawofsoil?冰分子結(jié)構(gòu)圖4-8?凍脹原因：地基中水分的轉(zhuǎn)移?凍結(jié)時(shí)冰晶表面的未凍水膜變薄而產(chǎn)生吸力?孔隙中水凍結(jié)而使離子濃度提高產(chǎn)生的滲透吸力?細(xì)粒土表面未凍水的吸力圖4-9?強(qiáng)烈凍脹的條
5、件?低于水的凍結(jié)溫度?地下水位與凍結(jié)鋒面較接近，或土壤含水量較高，可供給凍結(jié)鋒面足夠的水份?土的顆粒及級(jí)配有利于產(chǎn)生凍脹?融化作用圖4-10?土的滲透性Permeabilityofsoil?土中水的勢(shì)能Potentialenergyinsoil?重力勢(shì)ΨgΨ=γz(4-8)gw?壓力勢(shì)ΨpΨ=γh(4-9)pw超靜水壓力勢(shì)Ψ=γΔh(4-10)gw圖4-11?基質(zhì)勢(shì)Ψm又稱廣義毛細(xì)勢(shì)，由收縮膜即表面張力引起A點(diǎn)Ψ=Ψ+Ψ=γh+Ψ=0AgmwAmΨ=-γhmwAB點(diǎn)Ψ=Ψ+Ψ=γh+Ψ=0BgmwBmΨ=-γhmwB圖4-12基質(zhì)勢(shì)Ψ與壓力勢(shì)(圖4-13)mA點(diǎn)Ψ=Ψ+Ψ=γz-γh=
6、γhAgmwAwAww(A)B點(diǎn)Ψ=Ψ+Ψ=γz+γh=γhBgmwBwBww(B)Ψ=-s=-(u?u)(4-12)maw當(dāng)孔隙與大氣相通時(shí)Ψ=-γh=u=-s(4-13)mww圖4-13土—水特征曲線Soil-watercharacteristiccurveVS?ewr體積含水率???Sn?(4-14)rV1?eFredlund給出的水土特征曲線擬合公式?ln(1?s/s)??rs???1?6??m(4-15)ln(1?10/s)?ln?e?(s?a)n???r??溶質(zhì)勢(shì)Ψ0有離子的溶液中Ψ0<0土中水的總勢(shì)能Ψ=Ψ+Ψ+Ψ+Ψ(4-16)gBm0圖4-14?達(dá)西定律的物理意義Ph
7、ysicalmeaningofDarcy’slaw水力坡降i?h/L滲透力j??h/Lw22總滲透力J??h/L??rL??r?hwwdv邊壁阻力F?2?rL???2?rL?(??)drdv2總滲透力=阻力2?rL?(??)??r?whdr?2?dv??irdrw由邊界條件r=R,v=0積分，得半徑r處的流速?wi22v?(R?r)(4-17)4?圓環(huán)的流量dq?v?2?rdr0積分得毛細(xì)管的流量2?Rwq?ai08?2a??R圖4-15若單位
