第2章土的渗透.

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1、第二章第二章 土的渗透性和渗流问题土的渗透性和渗流问题 透水层透水层不透水层不透水层基坑基坑板桩墙板桩墙板桩围护下的基坑渗流板桩围护下的基坑渗流渗流滑坡渗流滑坡渗流滑坡渗流滑坡渗流渗流量量渗透变渗透变形形渗水压渗水压力力渗流滑渗流滑坡坡土的渗透性及渗透规律土的渗透性及渗透规律二维渗流及流网二维渗流及流网渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形扬压扬压力力土坡稳定分析土坡稳定分析挡水建筑物挡水建筑物 集水建筑物集水建筑物 引水结构物引水结构物 基坑等地下施工基坑等地下施工边坡渗流边坡渗流 2.1 2.1 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 一渗流中的水头与水力坡降一渗流中的水头与水力坡降二渗透试验

2、与达西定律二渗透试验与达西定律能量方程能量方程渗流速度的规律渗流速度的规律一渗流中的水头与水力坡降一渗流中的水头与水力坡降ABL透水层透水层不透水层不透水层基坑基坑板桩墙板桩墙ABLh1h2zAwAu wBu zBh h00基准面基准面水力坡降线水力坡降线g2vuzh2w wAA1uzh wBB2uzh hhh21 wuzh Lhi 总水头总水头单位质量水体所具有的能量单位质量水体所具有的能量z：位置水头：位置水头u/u/w w：压力水头：压力水头V2/(2g)：流速水头流速水头00A A点总水头：点总水头：B B点总水头：点总水头：总水头：总水头：水力坡降：水力坡降：二二. . 渗透试验与渗

3、透试验与达西定律达西定律试验前提：试验前提：层流层流h，Q A，Q L， QLhAQ 断面平均流速断面平均流速水力坡降水力坡降AQv Lhi iv 1.1.渗透试验渗透试验试验结果试验结果试验装置：试验装置：如图如图试验条件试验条件: : h1，A，L=const量测变量量测变量: : h2，V，Th=h1-h2Q=V/T2.2. 达西定律达西定律ikv nvvvs 渗透定律在层流状态的渗流中，渗透速度在层流状态的渗流中，渗透速度v v与水力坡降与水力坡降i i的一次方成正比，并与土的性质有关。的一次方成正比，并与土的性质有关。iv 注意：注意：AAvAAnv V V：假想渗流速度，土体试样全

4、断面的平均渗流速度：假想渗流速度，土体试样全断面的平均渗流速度V Vs s：实际平均渗流速度，孔隙断面的平均渗流速度：实际平均渗流速度，孔隙断面的平均渗流速度A AvQVA VsAvk: k: 反映土的透水性能的比例系数，称为渗透系数反映土的透水性能的比例系数，称为渗透系数物理意义：水力坡降物理意义：水力坡降i i1 1时的渗流速度时的渗流速度单位：单位：mm/s, cm/s, mm/s, cm/s, m/sm/s, m/day, m/day粗粒土：粗粒土：砾石类土中的渗流不符合达西定律砾石类土中的渗流不符合达西定律砂土中渗透速度砂土中渗透速度 vcr= =0.3-0.5cm/s 适用条件适用

5、条件ivovcrivoi0层流（线性流）层流（线性流）大部分砂土，粉土；疏松的粘土及砂性较大部分砂土，粉土；疏松的粘土及砂性较重的粘性土重的粘性土 两种特例两种特例粘性土：粘性土：致密的粘土致密的粘土 ii0, v=k(i - i0 )1m(kivm 2.2 2.2 平面渗流与流网平面渗流与流网 zx一一. . 流网的概念流网的概念 h 在在xz平面内的稳定平面渗流场中，平面内的稳定平面渗流场中，水从高水位处流向低水位处，从高压水头水从高水位处流向低水位处，从高压水头处流向低压水头处，水质点必然形成流线，处流向低压水头处，水质点必然形成流线，沿着流线势能也必然降低。沿着流线势能也必然降低。 沿

6、着每条流线，水流的势能由高到低，沿着每条流线，水流的势能由高到低，把各条流线上势能相等的点连成线，这样的把各条流线上势能相等的点连成线，这样的连线称为等势线，沿着一组流线必然形成一组等势线。连线称为等势线，沿着一组流线必然形成一组等势线。 一组流线和一组等势线交织成的网，称为流网。一组流线和一组等势线交织成的网，称为流网。因为水流必定沿着最大水力梯度的方向流动，所以流线因为水流必定沿着最大水力梯度的方向流动，所以流线与等势线必然垂直，即流网形成正交的网格。与等势线必然垂直，即流网形成正交的网格。流线流线0zhxh2222 Laplace方程方程在稳定流的情况下，在均匀且各向同性在稳定流的情况下

7、，在均匀且各向同性 介质中的渗流，其渗流介质中的渗流，其渗流场可以用拉普拉斯方程表示。场可以用拉普拉斯方程表示。 流函数流函数 02222zx等势线等势线02222zx势函数势函数 解析方法解析方法适用于边界条件简单的情况适用于边界条件简单的情况 通解：两个共轭调和函数通解：两个共轭调和函数势函数势函数( (x,zx,z) )流函数流函数( (x,zx,z) )等势线等势线流线流线相互正交相互正交边界条件边界条件特定解特定解注意：只有在边界条件很简单的条件下，才能得到解析解。因为求解注意：只有在边界条件很简单的条件下，才能得到解析解。因为求解拉普拉斯方程很困难，所以，绘制流网是一种近似作图法。