土力学课件：3.ppt

1、学习目标学习目标 掌握土的渗透定律与渗透力计算方法，具备对掌握土的渗透定律与渗透力计算方法，具备对地基渗透变形进行正确分析的能力地基渗透变形进行正确分析的能力学习基本要求学习基本要求1 1掌握土的渗透定律掌握土的渗透定律2. 2. 熟悉渗流及流网绘制熟悉渗流及流网绘制3 3熟悉土中渗流量计算熟悉土中渗流量计算4. 4. 掌握土中水的渗透力与地基渗透变形分析掌握土中水的渗透力与地基渗透变形分析第三章3.1 3.1 概述概述一、一、工程背景工程背景（）（） 在许多实际工程中都会遇到渗流问题。在许多实际工程中都会遇到渗流问题。如如:水利工程中的土坝和闸基水利工程中的土坝和闸基建筑物基础施工中开挖的基

2、坑建筑物基础施工中开挖的基坑一一.工程背景（）工程背景（）图21（a）是水利工程中常见的闸基，在上游水位压力差的作用下，水将从上游河底进入闸基的地基，沿地基土中的孔隙渗向下游，再从下游河床逸出。一一.工程背景（）工程背景（）图2-1（b）为软土地基深基坑施工时常用的防渗、护壁围护结构，在开挖基坑的过程中，通常是基坑外土层中的地下水位高于基坑内水位而形成水头差，地下水将通过坑外土层绕过板桩渗入坑内。在这些渗流问题中，通常都要求计算其渗流量并评判其渗透稳定性。一一.工程背景（）工程背景（） 当渗流的流速较大时，水流拖曳土体的渗透力将增大。渗透力的增大将导致土体发生渗透变形，并可能危及建筑物或周围设

3、施的安全。 在工程设计与施工中，应正确分析可能出现的渗流情况，必要时采取合理的防渗技术措施。二、渗透的定义二、渗透的定义存在于地基中的地下水，在一定的压力差作用下，将透过土中孔隙发生流动，这种现象称为渗流或渗透。三、渗透模型三、渗透模型（）（）实际土体中的渗流仅是流经土粒间的孔隙,由于土体孔隙的形状、大小及分布极为复杂,导致渗流水质点的运动轨迹很不规则,如图2-2（a）所示。三三.渗透模型（渗透模型（2）考虑到实际工程中并不需要了解具体孔隙中的渗流情况，可以对渗流作出如下二方面的简化：简化：一是不考虑不考虑渗流路径的迂回曲折，渗流路径的迂回曲折，只分析它的主要流向；二是不考；二是不考虑土体中颗

4、粒的影响，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。作了这种简化后的渗流其实只是一种假想的土体渗流，假想的土体渗流，称之为渗流模型渗流模型，如图2-2（b）所示。三三.渗透模型（）渗透模型（）为了使渗流模型在渗流特性上与真实的渗流相一致，它还应该符合以下要求： 1.1.在同一过水断面，渗流模型的流量等于真实渗在同一过水断面，渗流模型的流量等于真实渗流的流量；流的流量； 2.2.在任意截面上，渗流模型的压力与真实渗流的压在任意截面上，渗流模型的压力与真实渗流的压力相等；力相等；3.3.在相同体积内，渗流模型所受到的阻力与真实在相同体积内，渗流模型所受到的阻力与真实渗流所受

5、到的阻力相等。渗流所受到的阻力相等。三三.渗透模型（）渗透模型（）有了渗流模型，就可以采用液体运动的有关概念和理论对土体渗流问题进行分析计算。再分析一下渗流模型与真实渗流中的流速 （单位时间内流过单位土截面的水量， ）之间的关系。在渗流模型中，设过水断面面积为 （ ），通过的渗流流量为 （单位时间内流过截面积 的水量， ），则渗流模型的平均流速 为qAv/m s3/msq2mAAv三三.渗透模型（）渗透模型（） 真实渗流仅发生在相应于断面 中所包含的孔隙面积 内，因此真实流速 。为 式中 为土体的孔隙率。因为孔隙率 ,所以 ，即模型的平均流速要小于真实流速。由于真实流速 很难测定，因此工程上还

6、是采用模型的平均流速 较方便，在本章以后的内容中所说的流速均指模型的平均流速。0(33)/AnA 0(32)qA于是：AA0vv0vvn1.0n v3.2 3.2 达西（达西（Dracy）渗透定律）渗透定律一、一、达西渗透实验与达西定律达西渗透实验与达西定律（）（）地下水在土体孔隙中渗透时，由于渗透阻力的作地下水在土体孔隙中渗透时，由于渗透阻力的作用，沿程必然伴随着能量的损失。用，沿程必然伴随着能量的损失。为了揭示水在土体中的渗透规律，法国工程师达西达西经过大量的试验研究，1856年总结得出渗透能量损失与渗流速度之间的相互关系即为达西定律。一一.达西渗透实验与达西定律（）达西渗透实验与达西定律

7、（）达西实验的装置达西实验的装置装置中的是横截面积为A的直圆筒，圆筒，其上端开口，上端开口，在圆筒侧壁装有两支相距为两支相距为L L的测压管。的测压管。筒底以上一定距离处装一滤板，滤板上填放颗粒均匀的砂土。水由上端注入圆筒，水由上端注入圆筒，多余的水从溢水管溢出，使筒内的水位维使筒内的水位维持一个恒定值。持一个恒定值。渗透过砂层的水从短水管流入量杯中，并以此来计算渗流量渗流量q q。同时读取断面1-1和断面2-2处的测测压管水头值压管水头值h h1 1、h h2 2，两断面之，两断面之间的水头损失间的水头损失一一.达西渗透实验与达西定律（）达西渗透实验与达西定律（）达西分析了大量实验资料，发现

8、土中渗透的渗流量 与圆筒断面积 及水头损失 成正比，与断面间距 成反比，即 或式中 ，称为水力梯度水力梯度，也称水力坡降水力坡降；为渗渗透系数透系数，其值等于水力梯度为1时水的渗透速度， 。 式（2-1）和（2-2）所表示的关系称为达西定律，它是渗透的基本定律。hqkAkAil(35)qvk iA qAhl/ih l k/cm s二、达西定律的适用范围二、达西定律的适用范围（）（）达西定律是由砂质土体实验得到的，后来推广应用于其他土体如粘土和具有细裂隙的岩石等。进一步的研究表明，在某些条件下，渗透并不一定符合达西定律，因此在实际工作中我们还要注意达西定律的适用范围。二二.达西定律的适用范围（）

9、达西定律的适用范围（） 大量试验表明，当渗透速度较小时，渗透的沿程水头损失与流速的一次方成正比。在一般情况下，砂土、粘土中的渗透速度很小，其渗流可以看作是一种水流流线互相平行的流动层流，渗流运动规律符合达西定律，渗透速度 与水力梯度 的关系可在 坐标系中表示成一条直线，如图2-4（a）所示。粗颗粒土（如砾、卵石等）的试验结果如图2-4（b）所示，由于其孔隙很大，当水力梯度较小时，流速不大，渗流可认为是层流， 关系成线性变化，达西定律仍然适用。当水力梯度较大时，流速增大，渗流将过渡为不规则的相互混杂的流动形式紊流，这时 关系呈非线性变化，达西定律不再适用。vviivivi二二.达西定律的适用范围

10、（）达西定律的适用范围（）（a）细粒土的-i 关系；（b）粗粒土的-i 关系砂土、一般粘土； 颗粒极细的粘土图 3-1 土的-i 关系二二.达西定律的适用范围（）达西定律的适用范围（）少数粘土（如颗粒极细的高压缩性土，可自由膨胀的粘性土等）的渗透试验表明，它们的渗透存在一个起始水力梯度 ，这种土只有在达到起始水力梯度后才能发生渗透。这类土在发生渗透后，其渗透速度仍可近似的用直线表示，即 ，如图2-4(a)中曲线所示。 bi()bvk ii三、渗透系数的确定三、渗透系数的确定渗透系数渗透系数 是综合反映土体渗透能力的一个指标是综合反映土体渗透能力的一个指标，其数值的正确确定对渗透计算有着非常重要

11、的意义。影响渗透系数大小的因素影响渗透系数大小的因素: 土体颗粒的形状、大小土体颗粒的形状、大小 不均匀系数不均匀系数 水的粘滞性水的粘滞性 要建立计算渗透系数 的精确理论公式比较困难，通常可通过试验方法或经验估算法来确定 值。 kkk1.1.实验室测定法实验室测定法（）（）实验室测定渗透系数 值的方法称为室内渗透试验。根据所用试验装置的差异又分为 常水头试验常水头试验 变水头试验变水头试验k1.实验室测定法（）实验室测定法（）常水头试验的过程可参见其动画演示。试验时将高度为l,横截面积为 的试样装入垂直放置的圆筒中，从土样的上端注入与现场温度完全相同的水，并用溢水口使水头保持不变。土样在不变

12、的水头差 作用下产生渗流，当渗流达到稳定后,量得 时间内流经试样的水量为 ，而土样渗流流量 ，可求得： 常水头试验适用于透水性较大（ ）的土，应用粒组范围大致为细砂到中等卵石。 （1）常水头试验常水头试验(36)q lQ lkAhAh t /qQ tAhtQ310/kcm s（1）常水头试验常水头试验1.实验室测定法（实验室测定法（4）当土样的渗透系数较差时，由于流量太小，加上水的蒸发，使量测非常困难，此时宜采用变水头试验测定 值。（2）变水头试验变水头试验k.现场测定法现场测定法（a）无压完整井抽水试验； （b）无压非完整井抽水试验图 3-2 抽水试验.经验估算法经验估算法土的类别渗透系数k

13、(cm/s)土的类别渗透系数k(cm/s)粘土10-1细砂10-3表3-1 土的渗透系数参考值3.33.3土中渗流的作用力及渗透变形土中渗流的作用力及渗透变形(1)渗透力的定义渗透力的定义水在土中流动的过程中将受到土阻力的作用，使水头逐渐损失。同时，水的渗透将对土骨架产生拖曳力，导致土体中的应力与变形发生变化。这种渗透水流作用对土骨架产生的拖曳力称为渗透力渗透力。在许多水工建筑物、土坝及基坑工程中，渗透力的大小是影响工程安全的重要因素之一。实际工程中，也有过不少发生渗透变形（流土或管涌）的事例，严重的使工程施工中断，甚至危及邻近建筑物与设施的安全。因此，在进行工程设计与施工时，对渗透力可能给地

14、基土稳定性带来的不良后果应该具有足够的重视。3.33.3土中渗流的作用力及渗透变形土中渗流的作用力及渗透变形(2)一、渗透力的计算一、渗透力的计算（）（）一般情况下，渗透力的大小与计算点的位置有关。根据对渗流流网中网格单元的孔隙水压力和土粒间作用力的分析，可以得出渗流时单位体积内土粒受到的渗流时单位体积内土粒受到的渗透力渗透力为 这里 为水力梯度。/wwhjJ Vili一渗透力的计算（）一渗透力的计算（）当饱和土休的存在有水头差时，水体就会通过土体间的孔隙流动，渗流时：渗透水要受到土骨架的阻力 。水对土骨架同则产生一种反力（冲击力）这种反力叫做动水力 。 量纲： h1z1LABH2h2z2基准

15、线基准线Fh1wLFWTLF3/kN mTJ一渗透力的计算（）一渗透力的计算（）图示为水在土体中渗流时，任意从土体中取出一土柱，受力分析。（土样长 ，截面积为 ）。平衡方程 ：12cos0WWWh Fh FTLFLF12111222cos,zzhHz hHzL12WWHHTiLWJTi两边同除F，又 动水力为： 动水力方向：与渗流方向相同 w1h Fw2h FWLFTLFLF一渗透力的计算（）一渗透力的计算（）当饱和土体的存在有水头差时，水体就会通过土体间的孔隙流动，渗流时：渗透水要受到土骨架的阻力 。水对土骨架同则产生一种反力（冲击力）这种反力叫做动水力 。 量纲：3/kN mTJ一渗透力的

16、计算（）一渗透力的计算（）动水力的增大，在工程上有危害的。水力坡降越大， 越大，即水流对土骨架的作用力地也越大。如开挖基坑时由于抽水引起的水头量，取一土单元体作受力分析，土单元体受到：自重应力在水位以下的单位自重是有效重度。J J一渗透力的计算（）一渗透力的计算（）动水力 方向与自重应力方向相反当 时，即 时，土单元体处于悬浮（失重状态）这时的水力坡降称为临界水力坡降 。 当土中的水力坡度 时，土体就要抬起，发生。JwicrijcriJ二、渗透变形二、渗透变形当土中的水力坡度 时，土体就要抬起，发生。渗透变形主要有二种形式，即流土与管涌。渗流水流将整个土体带走的现象称为流土；渗流中土体大颗粒之

17、间的小颗粒被冲出的现象称为管涌。wcrii流土（）流土（）渗流方向与土重力方向相反时，渗透力的作用将使土体重力减小，当单位渗透力 等于土体的单位有效重力时，土体处于流土的临界状态。如果水力梯度继续增大，土中的单位渗透力将大于土的单位有效重力（有效重度），此时土体将被冲出而发生流土。据此，可得到发生流土的条件为： 或 1.1.流土流土(37)j(38)wi j流土（）流土（）流土的临界状态对应的水力梯度 可用下式表示： 这里 为地基土的土粒密度， 。(39)(1)(1)scrwiecris3/g cm流土（）流土（）在粘性土中，渗透力的作用往往使渗流逸出处某一范围内的土体出现表面隆起变形；而在粉

18、砂细砂及粉土等粘聚性差的细粒土中，水力梯度达到一定值后，渗流逸出处出现表面隆起变形的同时，还可能出现渗流水流夹带泥土向外涌出的砂沸现象，致使地基破坏，工程上将这种流土现象称为流砂。流土（）流土（）工程中将临界水力梯度 除以安全系数 作为容许水力梯度 ，设计时渗流逸出处的水力梯度 应满足如下要求： 对流土安全性进行评价时， 一般可取2.02.5。渗流逸出处的水力梯度i可以通过相应流网单元的平均水力梯度来计算。(3 10) ciiiKciK iiK2.2.管涌管涌（）（）管涌是在渗流过程中，土体中的化合物不断溶解、细小颗粒在大颗粒间的孔隙中移动，形成一条管状通道，最后土粒在渗流逸出处冲出的一种现象

19、。产生管涌的条件比较复杂，从单个土粒来看，如果只计土粒的重量，则当土粒周界上水压力合力的垂直分量大于土粒的重量时，土粒即可被向上冲出。实际上管涌可能在水平方向发生，土粒之间还有摩擦力等的作用，它们很难计算确定。因此，发生管涌的临界水力梯度i。一般通过试验确定。 管涌（）管涌（）测定管涌临界水力梯度 。的试验装置如图2-14 （a）所示。抬高储水容器，水头差 增大，渗透速度随之增大。当水头差增大到一定程度后，可观察到试样中细小土粒的移动现象，此时的水力梯度即为发生管涌的临界水力梯度。在试验中可测定出不同水力梯度 下对应的渗透速度 ，绘制出 关系曲线，如图2-14（b）所示。从 关系曲线上可以发现

20、，渗透速度随水力梯度的变化率在发生管涌前后有明显不同，在发生管涌前后分成两条直线，这两条直线的交点对应的水力梯度即为发生管涌的临界水力梯度 。vviviiihci管涌（）管涌（）（a）管涌试验装置图； （b）管涌试验-i关系曲线图 3-3 管涌试验管涌（）管涌（）管涌管涌：只在无粘性土中发生在渗流作用下，细粒土在粗颗粒的孔隙中产生移动被带走，越来越发展，在土中形成了渗流通道，土的结构被破坏。可以发生在土的内部或渗透逸出处也称为渗流的潜蚀现象。 沅江护城垸铁船堰管涌抢险沅江护城垸铁船堰管涌抢险1 1工程概况工程概况（）（） 沅江护城垸位于湖南省桃源县，防洪堤长20km，保护面积2.2万亩，人口8

21、.53万人，财产约40亿元。1995年护城垸漫溃，县城被淹，经济损失达10亿元。1996年沅江再次发生超历史洪水，县城站水位达46.9m，超1995年1.04m，护城垸发生了多处溃垸性险情，铁船堰管涌就是其中之一。1 1工程概况（）工程概况（）铁船堰堤段桩号0+4700+560，建于20世纪70年代，多年未发生过险情。堤顶高程47.4m，当时堤顶修筑了0.4m高的子堤，大堤面宽6m，迎水坡1：2，背水坡1：3，43.00m高程设宽3m的内平台，堤脚高程40.0m处为宽10m的平台，防洪标准不到20年一遇。大堤基础40.0m高程以下依次为：表土耕作层厚0.4m，粉砂层厚0.6m，砂卵石层厚1m，

22、38.00m以下为红砂石基岩。1 1工程概况（）工程概况（）2 2出险情况出险情况（）（）1996年7月18日凌晨1时，铁船堰堤段洪水位达到46.18m，大堤背水坡坡脚发生了散浸，散浸面积约600m2，随后坡脚出现5处较大管涌，最大直径1m，涌水带沙，堤脚采取抢护措施后，堤腰部位又出现了三处管涌，两处直径1m以上，相距20m。至19日5时15分，堤面出现了3条横向裂缝，47m长大堤迅速下塌，最大下沉0.8m。19日6时，在距上述出险处上游70m处背水坡下部突然出现管涌，漏水量0.3 /s；10时许，管涌扩大到直径1.0m左右，水柱喷射高约2m多；10时48分，该段大堤整体下陷段长27m，深0.

23、7m，同时堤身出现多处纵横裂缝；20时，这段堤又有小幅沉落。详见图36-1。3m2 2出险情况（出险情况（2 2）3 3、出险原因、出险原因该处地基属于卵石细砂岩层，覆盖土层薄，迎水坡脚以前经常发生采砂淘金现象，同时修堤取土，表土遭到破坏，坡脚形成陡坎，渗径相应缩短，在高洪水压作用下，渗透水带走粉砂细颗粒形成管涌。4 4、抢险措施、抢险措施(1)(1)坡脚出现散浸和管涌时，用袋装砂、粮等在堤背水侧筑成围堰，并内压块石、卵石；同时派潜水员在迎水坡脚用油布、棉絮封堵漏洞，并抛投砂袋、土袋。因水深，范围太大，漏水量无明显减少。堤背水坡脚通过大量堆砌粮袋、砂袋、卵石袋，形成了一个台，坡脚管涌基本控制。

24、但管涌又向堤腰转移，出现三处较大管涌鼓水，仍采用压砂袋、卵石袋方法压浸。距此险70m出现的管涌也采用相同方法抢险。由于出水量太大，带走了堤身大量沙、土，堤身淘空，造成大堤整体下榻，塌陷的土体反而起到一定的止漏作用，且背水坡脚通过筑围堰、填砂袋、卵石袋，已形大堤后戗，因而控制了险情。抢险过程中上劳力2000人，耗用大米40t，棉絮100床，水泥砖1000块，卵石2000m3，麻袋8000条，块石、砖渣50车(手扶拖拉机)。4 4、抢险措施、抢险措施(2)(2)5 5、经验教训、经验教训（1）大堤内外禁脚范围内不能随意取土，以免破坏覆盖层，缩短渗径。 （2）对于管涌采用围堰后用砂块、卵石导滤的方法

25、较好。（3）抢险要有一支纪律严明、训练有素的队伍。 这次抢险中广大武警、桃纺工人和其他县增援的抢险队伍充分发扬不怕牺牲的精神，争先恐后，为抢险的胜利发挥了重要作用。3.4 3.4 几种情况下的孔隙水压力和有效应力几种情况下的孔隙水压力和有效应力(1)1 自重应力有地下水 M点：总应力点：总应力孔隙水压力孔隙水压力有效应力有效应力1 1sat2hhw2uh1 1satw21 12c()uhhhh sat地面地下水1h2h3.4几种情况下的孔隙水压力和有效应力几种情况下的孔隙水压力和有效应力(2)向下渗流（由下向上渗流）向下渗流（由下向上渗流）1wzLsath滤层滤层土样土样Z1LZ21wzu)

26、J(Lw(L)h 3.4几种情况下的孔隙水压力和有效应力几种情况下的孔隙水压力和有效应力(3)有效应力大量抽用地下水有效应力大量抽用地下水地下水位大幅度下降地下水位大幅度下降引起有效应力增加引起有效应力增加地表下沉地表下沉L(J)?3.53.5流网及其工程应用流网及其工程应用*一、渗流问题的求解方法简介一、渗流问题的求解方法简介（）（）在实际工程中，经常遇到的是边界条件较为复杂的二维或三维问题，在这类渗流问题中，渗流场中各点的渗流速度渗流速度 与水力梯度与水力梯度 等均是位置坐标的二维或三维函数。对此必须首先建立它们的渗流微分方程，然后结合渗流边界条件与初始条件求解。 vi一一.渗流问题的求解

27、方法简介（）渗流问题的求解方法简介（）工程中涉及渗流问题的常见构筑物有坝基、闸基及带挡墙（或板桩）的基坑等。这类构筑物有一个共同的特点是轴线长度远大于其横向尺寸轴线长度远大于其横向尺寸，因而可以认为渗流渗流仅发生在横断面内仅发生在横断面内（严格地说，只有当轴向长度为无限长时才能成立）。因此对这类问题只要研究任一横断面的渗流特性，也就掌握了整个渗流场的渗流情况。如取 x o z平面与横断面重合，则渗流的速度 等即是点的位置坐标 x、z的二元函数，这种渗流称为二维渗流或平面二维渗流或平面渗流渗流。v一一.渗流问题的求解方法简介（）渗流问题的求解方法简介（）渗流问题的求解：解析解法解析解法数值解数值

28、解图解法图解法模型试验模型试验其中最常用的是图解法即流网解法。二、流网及其性质二、流网及其性质（）（）平面稳定渗流基本微分方程的解可以用渗流区平面内两簇相互正交的曲线来表示。其中一簇为流线，它代表水流的流动路经，另一簇为等势线，在任一条等势线上，各点的测压水位或总水头都在同一水平线上。工程上把这种等势线簇和流线簇交织成的网格图形称为流网，如图28。二二.流网及其性质（）流网及其性质（）1）流网是相互正交的网格；流网是相互正交的网格；由于流线与等势线具有相互正交的性质，故流网为正交网格。 2）流网为曲边正方形流网为曲边正方形；在流网网格中，网格的长度 与宽度 之比通常取为定值，一般取1.0，使方

29、格网成为曲边正方形。各向同性土的流网性质各向同性土的流网性质lb3）任意两相邻等势线间的水头损失相等；任意两相邻等势线间的水头损失相等；渗流区内水头依等势线等量变化，相邻等势线的水头差相同 4）任意两相邻流线间的单位渗流量相等。）任意两相邻流线间的单位渗流量相等。相邻流线间的渗流区域称为流槽，每一流槽的单位渗流量与总水头h、渗透系数k及等势线间隔数有关，与流槽位置无关。二二.流网及其性质（流网及其性质（3）三、流网的绘制三、流网的绘制1.1.绘制的方法绘制的方法（）（）流网的绘制方法大致有三种：一种是解析法，即用解析的方法求出流速势函数及流函数，再令其函数等于一系列的常数，就可以描绘出一簇流线

30、和等势线。第二种方法是实验法，常用的有水电比拟法。此方法利用水流与电流在数学上和物理上的相似性，通过测绘相似几何边界电场中的等电位线，获取渗流的等势线与流线，再根据流网性质补绘出流网。1.1.绘制的方法（）绘制的方法（）第三种方法是近似作图法也称手描法，系根据流网性质和确定的边界条件，用作图方法逐步近似画出流线和等势线。在上述方法中，解析法虽然严密，但数学上求解还存在较大困难。实验方法在操作上比较复杂，不易在工程中推广应用。目前常用的方法还是近似作图法，故下面主要对这一方法作一些介绍。近似作图法的步骤大致为：先按流动趋势画出流线，然后根据流网正交性画出等势线，形成流网。如发现所画的流网不成曲边

31、正方形时，需反复修改等势线和流线直至满足要求。 2.2.流网绘制实例流网绘制实例（）（）2.2.流网绘制实例（）流网绘制实例（）如图29为一带板桩的溢流坝，其流网可按如下步骤绘出：1）首先将建筑物及土层剖面按一定的比例绘出，并根据渗）首先将建筑物及土层剖面按一定的比例绘出，并根据渗流区的边界，确定边界线及边界等势线流区的边界，确定边界线及边界等势线。如图中的上游透水边界AB是一条等势线，其上各点水头高度均为h1，下游透水边界也是一等势线，其上各点水头高度均为h2。坝基的地下轮廊线B12345678C为一条流线，渗流区边界EF为另一条边界流线。2.2.流网绘制实例（）流网绘制实例（）2）根据流网

32、特性，初步绘出流网形态。）根据流网特性，初步绘出流网形态。 可先按上下边界流线形态大致描绘几条流线，描绘时注意中间流线的形状由坝基轮廊线形状逐步变为不透水层面EF相接近。中间流线数量越多，流网越准确，但绘制与修改工作量也越大，中间流线的数量应视工程的重要性而定，一般中间流线可绘34条。流线绘好后，根据曲边正方形网格要求，描绘等势线。绘制时应注意等势线与上、下边界流线应保持垂直，并且等势线与流线都应是光滑的曲线。2.2.流网绘制实例（）流网绘制实例（）3）逐步修改流网。）逐步修改流网。初绘的流网，可以加绘网格的对角线来检验其正确性。如果每一网格的对角线都正交，且成正方形，则流网是正确的，否则应作

33、进一步修改。但是，由于边界通常是不规则的，在形状突变处，很难保证网格为正方形，有时甚至成为三角形或五角形。对此应从整个流网来分析，只要绝大多数网格满足流网特征，个别网格不符合要求，对计算结果影响不大。流网的修改过程是一项细致的工作，常常是改变一个网格便带来整个流网图的变化。因此只有通过反复的实践演练，才能做到快速正确地绘制流网。 四、流网的工程应用四、流网的工程应用（）（）1.1.渗流速度计算渗流速度计算如图2-9，计算渗流区中某一网格内的渗流速度，可先从流网图中量出该网格的流线长度 。根据流网的特性，在任意两条等势线之间的水头损失相等，设流网中的等势线的数量为 (包括边界等势线)，上下游总水

34、头差为 ，则任意两等势线间的水头差为：而所求网格内的渗透速度为 (311)1hhn(3 12)(1)hkhk iklnl hnl四四.流网的工程应用（）流网的工程应用（）2.2.渗流量计算渗流量计算由于任意两相邻流线间的单位渗流量相等，设整个流网的流线数量为m(包括边界流线)，则单位宽度内总的渗流量q为： 这里q为任意两相邻流线间的单位渗流量，q、q的单位均为m3/dm。其值可根据某一网格的渗透速度及网格的过水断面宽度求得，设网格的过水断面宽度(即相邻两条流线的间距)为b，网格的渗透速度为v，则而单宽内的总渗流量q为(3 13)(1)qmq (314)(1)khqv bbnl (3 15)(1

35、)(1)kh mbqnl 四四.流网的工程应用（）流网的工程应用（）【例题例题3-1】板桩支挡结构如图212所示，由于基坑内外土层存在水位差而发生渗流，渗流流网如图中所示。已知土层渗透系数k2.5103 cm/s，A点、B点分别位于基坑底面以下1.2m和2.6m。试求:(1) 整个渗流区的单宽流量q；(2) AB段的平均渗透速度vAB。 四四.流网的工程应用（）流网的工程应用（）四四.流网的工程应用（）流网的工程应用（）解（1） 基坑内外的总水头差：网图中共有4条流线，9条等势线，即 , 。在流网中选取一网格，如A、B点所在的网格，其长度与宽度为 ，则整个渗流区的单宽流量为：(10.0 1.5

36、)(10.05.0 1.0)2.5hm(1)(1)kh mbqnl1.5lbm9n 4m q四四.流网的工程应用（）流网的工程应用（）（2） 任意两等势线间的水头差： ab段的平均渗透速度： 2.50.31(1)(9 1)hhmn ababhk ikl330.312.6 100.54 10/1.5cm s四四.流网的工程应用（）流网的工程应用（）A点和B点的侧压水柱高度分别为：而A点和B点的孔隙水压力分别为：11()(8 1)AAHZhZh11()(7 1)BBHZhZh(10.0 1.5)(10.05.02.6)6 0.314.24m 2.53 10.025.34.24 10.042.4AAwBBwHkPaHkPa(10.0 1.5)(10.05.0 1.2)7 0.312.53m 思考题思考题3-1影响土渗透能力的主要因素有哪些？3-2何谓渗透模型？为什么要引人这一概念？3-3渗透理论定义的渗流流速通常指什么流速？它与真实流速之间有什么关系？3-4渗透系数的测定方法主要有哪些？它们的适用条件是什么？3-5流网的绘制方法主要有哪几种？近似作图法有哪些步骤？3-6渗透变形（流土、管涌）的发生机理和条件是什么？