土中水的运动规律课件.pptx

1、2006年9月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系1主要内容主要内容 第一节第一节 土的毛细性（自学）土的毛细性（自学）第二节第二节 土的渗透性土的渗透性 第三节第三节 流网及其应用（自学）流网及其应用（自学）第四节第四节 土在冻结过程中水分的迁移和积聚（自学）土在冻结过程中水分的迁移和积聚（自学）2006年9月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系23.1 基本概念基本概念 地下水地下水(groundwater):出现在已经充分饱和了的土出现在已经充分饱和了的土层和地质层组中的地下水位以下的水体（层和地质层组中的地下水位以下的水体（R.A.Freeze,J.A.Cherry,1979）或：

2、地面下的岩土体中水位以下存在的水或：地面下的岩土体中水位以下存在的水 土中水的运动土中水的运动 渗透、固结、毛细、渗附等渗透、固结、毛细、渗附等 渗流（渗流（Seepage）：水在土体中的流动称为渗流。）：水在土体中的流动称为渗流。稳定渗流：渗流过程中土体内各点的稳定渗流：渗流过程中土体内各点的 水头不随时间变化水头不随时间变化 不稳定渗流：又称瞬变流，渗流过程中水头和流量边界不稳定渗流：又称瞬变流，渗流过程中水头和流量边界条件随时间变化，造成渗流状态是时间的函数条件随时间变化，造成渗流状态是时间的函数2006年9月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系33.1 基本概念基本概念 工程中不稳定

3、渗流问题工程中不稳定渗流问题 饱和渗流饱和渗流/非饱和渗流非饱和渗流 土的固结作用造成的渗流土的固结作用造成的渗流 入渗分析入渗分析 污染迁移分析污染迁移分析2006年9月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系4粘性土的中渗流轨迹2006年9月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系5理想化的渗透模型真实渗流与渗流模型（流量、压力、阻力）真实流速和模型平均流速Aqv v-渗流模型的平均流速q-渗流流量A-过水断面面积n孔隙度nAqv 02006年9月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系63.2 基本定律基本定律 层流渗流定律达西定律2006年9月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系7n层流渗

4、流定律达西定律层流渗流定律达西定律Vn在完全饱和的砂土中，水在压力差作用下呈层流运动（或渗流）时，服从线性渗透定律达西定律(渗流速度与水力梯度呈正比）KiLHKvnv渗流速度；nK比例系数，称为渗透系数，cm/s或m/d；ni水力坡度，为水头损失H与渗透路径长度L之比I2006年9月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系8 io起始水力坡度vi0)(0iiKvin层流渗流定律达西定律（粘土）层流渗流定律达西定律（粘土）2006年9月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系9三、土的渗透系数测定三、土的渗透系数测定 室内渗透试验 常水头（砂土）变水头（粘土）野外抽水试验 粗粒土的渗透系数常水头变水

5、头2006年9月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系102006年9月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系113.3 渗透变形与破坏渗透变形与破坏 渗透力（动水力）的计算 流砂、管涌和临界水力坡度（水力梯度）近松散层开采水砂突涌问题2006年9月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系12日本新泻日本新泻19641964年地震时砂土液化影响。这年地震时砂土液化影响。这些设计为抗震的建筑物倾斜而未受损坏。些设计为抗震的建筑物倾斜而未受损坏。2006年9月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系13加州沃森维尔附近的野外涌沙2006年9月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系14唐山地震造成的喷水

6、冒砂区分布图2006年9月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系152006年9月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系162006年9月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系17 h h1 h2 A A L总渗透力总渗透力（Seepage forceSeepage force）2006年9月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系18总渗透力（Seepage force）w h1 A=w h2A+JJ=w h1 A-w h2 A =w（h1-h2）A =w h A 单位体积的渗透力单位体积的渗透力 j=J/AL =w h A/AL =w I2006年9月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系1

7、9 j=w ij渗透力，KN/m3；i水力坡度；w 水的重度，KN/m3渗透力为体积力2006年9月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系20动水压力的危害流砂（土）向上的渗透力 j=Wh 土体向下的压力h2j=Wh=h2时，颗粒间的有效应力减少为0，即发生所谓流砂或管涌现象。=Wh/h2=W Icrhh1h22006年9月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系21Icr临界水力坡度与流沙Icr=/w=（Gs-1）（1-n）=（Gs-1）/（1+e）允许水力坡度临界水力坡度除以安全系数mI=Icr/KK安全系数，一般取2.0-2.52006年9月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系22渗透破

8、坏之管涌 管涌：是单个土颗粒在渗透作用下独立移动的现象。管涌一般发生在不均粒系数较大的砂砾层中，它既可以发生在地下水逸出段，又可能发生于土体内部粗粒骨架的孔隙中。当坝基土体的粗粒孔隙中携走的细颗粒含量较少时，并不影响坝体的稳定。而当坝基的细粒物质被渗流从粗粒孔隙中携走后，形成管道状孔洞，土体的结构和强度遭到破坏，造成地面塌陷时，即会危及坝体安全。这种管涌称之为发展型管涌，将会造成严重危害。2006年9月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系23顶分层采后，采底分层放顶煤4.4m，累计采厚8.8m时，垮落带高度达到24.0m，在接近顶分层停采线时形成贯穿性剪切破坏，底部粘土层被拉开和错断，无法起到防水作用，见图5-22至图5-24。因此在基岩厚度34m左右采用此方案开采，要保证开采安全，必须降低初始水头，以防溃砂事故发生n近松散层开采水砂突涌问题近松散层开采水砂突涌问题2006年9月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系24 2006年9月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系25本章重点 达西定理及其物理意义。渗透系数定义、意义及其测定方法 流土和管涌的发生条件和各自特征。作业：P54；3-1，3-2 2006年9月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系26