土力学高向阳--土的渗透性与固结.pptx
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1、4.1 概述概述渗漏水库和渠道中的水常通过堤坝、水闸及其地基产生渗流。渗透力水在土体中渗流,水流对土颗粒作用形成的作用力。渗透变形渗透力较大时,就会引起土颗粒的移动,甚至把土颗粒带出而流失,使土体产生变形和破坏。深基坑开挖时,人工降低地下水位,若降低的较大,就会产生较大的渗流,使基坑背后土层产生渗透变形而下沉,造成邻近建筑物及地下管线的不均匀沉降,建筑物的开裂及管线的破坏,危及安全与使用。4.2 土的渗透规律土的渗透规律对渗流的简化:u不考虑渗流路径的迂回曲折,只分析它的主要流向;u不考虑土体中颗粒的影响,认为孔隙和土粒所占的空间之总和均为渗流所充满。4.2.1渗流模型渗流模型4.2.2土的层
2、流渗透定律土的层流渗透定律达西定律:水在土中的渗透速度与水头梯度成正比。v渗透速度(m/s);I水头梯度,即沿着水流方向单位长度上的水头差;k渗透系数(m/s)。在粘土中,应按下述修正后的达西定律:I0克服此抗剪强度所需要的水头梯度,称为粘土的起始水头梯度。4.2.3土的渗透系数土的渗透系数室内试验测定法u常水头渗透试验F土的截面积l渗透距离 Q在时间 t内流过土样的流量H水头差。u变水头渗透试验F土样的截面积l土样的高度a储水管截面积h1储水管水头h2经过时间 t后储水管水头现场抽水试验u在现场钻井孔或挖试坑,在往地基中注水或抽水时,量测地基中的水头高度和渗流量,在根据相应的理论公式求出渗透
3、系数k值。u无压完整井r1 r r2范围内的k平均值成层土的渗透系数u土层水平向的平均渗透系数:u土层竖向的平均渗透系数:各层土的渗透系数为ki、厚度为hi4.2.4影响土的渗透性的因素影响土的渗透性的因素土的粒度成分及矿物成分结合水膜的厚度土的结构构造水的粘滞性土中气体4.3 二维渗流与流网二维渗流与流网工程上的渗流情况常属于边界条件复杂的二维、三维渗流问题。土介质中渗流特性逐点不同,渗流途径非直线,不能再视为一维渗流,而是一个复杂的渗流场,常用微分方程表示,按边界条件求解。4.3.1二维渗流基本方程二维渗流基本方程二维渗流的连续方程二维渗流水头变化的拉普拉斯(Laplace)方程,是平面稳
4、定渗流的基本方程。势函数等势线流函数势函数 和流函数 都满足Laplace方程,它们是共轭调和函数流网等势线和流线在平面上为相互正交的两线簇,若按一定间距绘出,则形成相互垂直的流网。性质:u流线与等势线彼此正交。u果在流网中各等势线间的差值相等,各流线间的差值也相等,则网格的长宽比 为常数,若令长宽比为1,则流网网格呈曲线正方形。u相邻两等势线间的水头损失相等。u相邻两流线间的水流通道称为流槽,流网上各流槽的流量相等。流网绘制方法u首先根据渗流场的边界条件,确定边界流线和边界等势线u按照绘制流网的原理,试绘流网u反复修改流网图,以满足流网原理的要求流网的应用u测压管水头u孔隙水压力u水力梯度u
5、渗透流速u渗流流量4.4 渗透力及渗透破坏渗透力及渗透破坏水在土体或地基中渗流,将引起土体内部应力状态的改变。u渗流可能导致土体内细颗粒被冲走、带走或土体局部移动,引起土体的变形(常称为渗透变形);u渗透的作用力可能会增大坝体或地基的滑动力,导致坝体或地基滑动破坏,影响整体稳定性。4.4.1渗透力渗透力渗透力单位体积土骨架所受到的推力。就是水流沿土颗粒表面切过的拖曳摩擦作用于土骨架体积的合力。渗透力的大小与单位土体内水流所受到的阻力大小相等,方向相反,与渗流(或流线)的方向一致:4.4.2临界水头梯度临界水头梯度临界水力梯度渗流作用于土体开始发生流土时的水力梯度。此式求得的水力梯度偏小,约比一
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