第2章土的渗透性.
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1、第二章 土的渗透性土颗粒土颗粒土中水土中水渗流渗流渗透渗透地下水在从水力坡降作用下穿过土体孔地下水在从水力坡降作用下穿过土体孔隙发生流动的现象的现象隙发生流动的现象的现象渗透性渗透性土体被水的性能称为土的渗透性土体被水的性能称为土的渗透性为什么土体具为什么土体具有渗透性？有渗透性？ 第一节第一节 基本概念基本概念 渗透性有强弱之分，无好坏之别。相邻两个水分子的运动轨迹相互平行而不混流相邻两个水分子的运动轨迹相互平行而不混流层流层流 渗流模型渗流模型假定：假定：1.1.不考虑渗流路径不考虑渗流路径的迂回曲折，只考的迂回曲折，只考虑主流方向；虑主流方向；2.2.不考虑土体中颗不考虑土体中颗粒的影响
2、，认为孔粒的影响，认为孔隙与颗粒所占的空隙与颗粒所占的空间均为渗流所填充。间均为渗流所填充。 a) a) 实际的渗流土体实际的渗流土体 渗流模型渗流模型 b) b) 理想的渗流模型理想的渗流模型 （一）达西定律（一）达西定律满足条件：满足条件：1.1.同一过水截面，模同一过水截面，模型渗流流量等于真实型渗流流量等于真实渗流流量渗流流量；2.2.任意任意过水截面过水截面上模上模型渗流压力等于真实型渗流压力等于真实渗流压力；渗流压力；3.3.相同体积内模型渗相同体积内模型渗流所受到的阻力与真流所受到的阻力与真实渗流所受到的阻力实渗流所受到的阻力相等。相等。过水截面过水截面( (过水界面）过水界面）
3、 水在饱和土体中渗流时，在垂直于渗流方向取水在饱和土体中渗流时，在垂直于渗流方向取一个土体截面。一个土体截面。 渗流模型渗流模型AtQv/tQq/Aqv/假定在时间假定在时间t t内渗流通过过水内渗流通过过水截面（面积为截面（面积为A A）的渗流量为）的渗流量为Q Q，渗透速度渗透速度表达式为：表达式为：单位时间内的渗流量为单位时间内的渗流量为(cm(cm3 3/s)/s)：渗透速度可表达为渗透速度可表达为 (cm/s)(cm/s) ：nvvnAAAvvAqrrrr实际平均速度实际平均速度与假想平均流与假想平均流速的关系速的关系 渗透速度渗透速度wBBBuzh A A点总水头：点总水头：ABL
4、hAhBzAwAu wBu zBh h基准面基准面水力梯度线水力梯度线wAAAuzh B B点总水头：点总水头： 二点总水头差反映了两二点总水头差反映了两点间水流由于摩阻力造点间水流由于摩阻力造成的能量损失。成的能量损失。BAhhh 水力梯度（坡降）水力梯度（坡降）：单位渗透长度上的水头损失。：单位渗透长度上的水头损失。Lhi 水力梯度水力梯度 装置中装置中2 2是面积为是面积为A A的直立圆筒，的直立圆筒，其侧壁装有两支相距为其侧壁装有两支相距为L L 的测压管。的测压管。多孔滤板多孔滤板3 3下部放碎石，上部放颗粒下部放碎石，上部放颗粒均匀的砂土样。水由上端注入圆筒，均匀的砂土样。水由上端
5、注入圆筒，多余的水从溢水管多余的水从溢水管4 4溢出，使筒内的溢出，使筒内的水位维持恒定。渗透过砂层的水从出水位维持恒定。渗透过砂层的水从出水管水管5 5流入量杯流入量杯6 6中，并以此来计算渗中，并以此来计算渗流量流量Q Q。 单位时间内的渗出水量单位时间内的渗出水量q q与与水力梯度和圆筒断面积成正比，水力梯度和圆筒断面积成正比，且与土的透水性质有关。且与土的透水性质有关。达西定律：达西定律： 达西渗透试验装置示意图达西渗透试验装置示意图vk i结论：结论：kiAq 0 00 0反映土的渗透反映土的渗透性强弱的指标性强弱的指标称为称为渗透系数渗透系数（cm/scm/s）ha ab bh2h
6、1Aqv/LhAq3 3 达西定律达西定律砂土砂土密实黏土密实黏土起始水起始水力梯度力梯度 渗透速度与水力梯度的关系渗透速度与水力梯度的关系砾类土砾类土ikv达西定律适用于层流，不适用于紊流达西定律适用于层流，不适用于紊流（二）达西定律的适用范围（二）达西定律的适用范围 实际工程：借用达西定律，定量计算，定性分析第三节 渗透系数及其确定方法 一、渗透试验 1. 常水头试验 试验为人工制备 A、L已知 试验中保持常水头 测出时间t内的 流量Q （cm/s)、（m/d）AtLhkkiAtqtQhtALQk2.变水头试验 粘性土，k很小，常规试验，时间很长 常规试样，L=5cm,A=30c,i=10
7、 Q=50ml,k=10-6cm/s时， 需时167000s1.93天 昼夜温差不同，k就不同 大气蒸发会引起误差 任一时间t，水头差为h， 经过dt时段，水位降落dh， dt时段的渗流量dQ=-adh 水力坡降i=h/L 达西定律： dQ=kiAdtkAhaLdhdt两边积分，从试验开始时（对应水头高）到试验结束时（对应水头高）试验时水力坡降一般为，所以总能测出，实际工程中为或更小，可能小于粘土起始水力坡降。2112ln)(hhttAaLk 二、影响渗透系数的因素 土粒大小与级配 粒径大，渗透系数大， 级配好，渗透系数小2101dck 土的孔隙比 孔隙比大，渗透系数大 水的温度 水温高，动力
