土的渗透性及渗流课件.ppt

1、上页上页下页下页首页首页目录目录退出退出第第3 3章章 土的渗透性及渗流土的渗透性及渗流上页上页下页下页首页首页目录目录退出退出1 1、土的渗透性与渗流、土的渗透性与渗流与伯努力方程与伯努力方程（1）渗透及渗透性）渗透及渗透性 渗透：在饱和土体中，自由水在水位（头）差作用下，在孔隙通道中流动的现象。渗透性：土允许水透过的性能称为土的渗透性。（2）伯努力方程）伯努力方程3.1 3.1 概述概述gvphhwz22水总是从能量高处向能量低处流动水总是从能量高处向能量低处流动上页上页下页下页首页首页目录目录退出退出2.2.中水的渗流对土的中水的渗流对土的工程问题的影响工程问题的影响在岩土工程中水的渗流

2、主要会引起两类问题：在岩土工程中水的渗流主要会引起两类问题：（1）流量与渗流速度的问题）流量与渗流速度的问题水利工程中土木工程中（2）稳定性问题）稳定性问题渗透稳定性：（渗透变形、渗透破坏）是指渗透水对土骨架的渗透力的作用下，土粒间可以发生相对运动甚至整体运动，从而造成土体或建造于其上的建筑物失稳。在基坑开挖支护工程中，很多事故都与土中水的渗流与渗透破坏有关，此外，土中水的渗流也会引起土坡的抗滑稳定性。3.1 3.1 概述概述上页上页下页下页首页首页目录目录退出退出水井渗流水井渗流渗流量渗流量透水层透水层不透水层不透水层天然水面天然水面漏斗状潜水面漏斗状潜水面Q上页上页下页下页首页首页目录目录

3、退出退出渠道渗流渠道渗流渗流量渗流量原地下水位原地下水位渗流时地下水位渗流时地下水位上页上页下页下页首页首页目录目录退出退出渗流滑坡渗流滑坡渗流滑坡渗流滑坡上页上页下页下页首页首页目录目录退出退出板桩围护下的基坑渗流板桩围护下的基坑渗流渗水压力渗水压力扬压力扬压力渗流量渗流量渗透变形渗透变形透水层透水层不透水层不透水层基坑基坑板桩墙板桩墙上页上页下页下页首页首页目录目录退出退出土石坝坝基坝身渗流土石坝坝基坝身渗流渗流量渗流量渗透变形渗透变形土石坝土石坝防渗斜墙及铺盖防渗斜墙及铺盖浸润线浸润线透水层透水层不透水层不透水层上页上页下页下页首页首页目录目录退出退出本章研究内容本章研究内容相互关联相互

4、关联相互影响相互影响 土的强度土的强度 土的变形土的变形 土的渗流土的渗流 渗透性研究的渗透性研究的三个方面三个方面渗流量问题渗流量问题 渗透破坏问题渗透破坏问题 渗流控制问题渗流控制问题上页上页下页下页首页首页目录目录退出退出3.2.13.2.1一维渗透试验与一维渗透试验与达西定律达西定律渗透试验与达西定律渗透试验与达西定律令令i=h/L=tga，称为水力梯度，即称为水力梯度，即沿渗流方向单沿渗流方向单位距离的水头损失位距离的水头损失 则有：则有：结论：结论：水在土中的渗透速度与试水在土中的渗透速度与试样的水力梯度成正比，样的水力梯度成正比，k称为渗称为渗透系数，它表示土的渗透能力，透系数，

5、它表示土的渗透能力，k值越大则表明土的渗透性越强。值越大则表明土的渗透性越强。3.2 3.2 达西定律达西定律LAh1h2QQ透水石hALhkQAQqvkiv 上页上页下页下页首页首页目录目录退出退出3.2.23.2.2关于土中水的渗流速度关于土中水的渗流速度三种渗流速度三种渗流速度出逸速度：土试样横断面面积除流量，也就是等截面积水管段流速。为表观流速。可表示为：渗透流速：水在土体中沿水流方向的平均流速，可表示为 :实际流速：受孔隙的随机性和不规则性影响，土中真正的流速。无表示式。注：注：渗透流速与实际流速的工程意义不大，实际问题渗透流速与实际流速的工程意义不大，实际问题分析中仍用出逸流速。分

6、析中仍用出逸流速。3.2 3.2 达西定律达西定律AQvsnvv sv上页上页下页下页首页首页目录目录退出退出3.2.3 3.2.3 达西定律的适用范围达西定律的适用范围1 11、它建立在均匀砂土的试验基础上的，大量、它建立在均匀砂土的试验基础上的，大量 试验结试验结果表明，在一般工程情况的水力坡降情况下，对于绝果表明，在一般工程情况的水力坡降情况下，对于绝大多数土类，它都是适用的。大多数土类，它都是适用的。2、流体力学研究结果表明：当水力坡降超过一定值、流体力学研究结果表明：当水力坡降超过一定值时，这种线性关系时，这种线性关系 不再成立，有以下两种情形：不再成立，有以下两种情形：对于渗透性很

7、大的粗粒土，水力坡降超过一定值时可用下式表示：其中：m1.0。当水力坡降增加到一定程度时，二者接近线性关系。可以表示为：nikv1)(02iikv3.2 3.2 达西定律达西定律上页上页下页下页首页首页目录目录退出退出讨论讨论v 砂土、粘性土：砂土、粘性土：小水流为层流，渗透规律符合小水流为层流，渗透规律符合 达西定律，达西定律，-i 为线性关系为线性关系v 粗粒土：粗粒土：i 小、小、大大水流为层流，渗透规律符合水流为层流，渗透规律符合 达西定律，达西定律，-i 为线性关系为线性关系 i 大、大、大大水流为紊流，渗透规律水流为紊流，渗透规律不不符合符合 达西定律，达西定律，-i 为非线性关系

8、为非线性关系 上页上页下页下页首页首页目录目录退出退出3.3.1 3.3.1 渗透系数的影响因素渗透系数的影响因素1 11、孔隙比、孔隙比当 一定时，孔隙比越大，单位面积上的过水面积越大，出逸速度越大。当e增大时，也增大。同一种砂土中，k约与e2或 成正比。但对于粘性土和粉土，则不成立。2、颗粒的尺寸及级配、颗粒的尺寸及级配细粒含量愈多，土的渗透性愈小，例如砂土中粉粒及粘粒含量愈多时，砂土的渗透系数就会大大减小。3.3 3.3 土的渗透系数土的渗透系数ssveenvv1svsv221 ee上页上页下页下页首页首页目录目录退出退出3、土的饱和度、土的饱和度土的饱和度愈低，渗透系数愈小。因为低饱和

9、土的孔因为低饱和土的孔隙中存在较多气泡会减小过水面积，甚至赌塞细小孔隙中存在较多气泡会减小过水面积，甚至赌塞细小孔道。道。4、温度、温度渗透系数k实际上反映流体经由土的孔隙通道时与土颗粒间摩擦力或粘滞性。而流体的粘滞性与其温度有关。试验测得的渗透系数kT需经温度修正（P36,表3-1）水温愈高，水的动力粘滞系数愈小土的渗透系数则愈大。T、20分别为分别为T和和20时水的动力粘时水的动力粘滞系数，可查表滞系数，可查表 3.3.1 3.3.1 渗透系数的影渗透系数的影响因素响因素2 22020TTkk3.3 3.3 土的渗透系数土的渗透系数上页上页下页下页首页首页目录目录退出退出3.3.1 3.3

10、.1 渗透系数的影渗透系数的影响因素响因素3 35、颗粒的矿物成分颗粒的矿物成分矿物的颗粒成分往往影响颗粒的尺寸、形状、排列及结合水膜的薄厚。粘土矿物的种类对渗透系数的影响也很大。同样e的情况下，粘土矿物的渗透性:高岭石伊利石蒙脱石6、土的结构、土的结构天然沉积土的分层特性，其渗透性是各向异性的，常使得k水平k垂直。风化粘土与裂隙粘土其渗透性取决于宏观的裂隙，而不是孔隙。具有凝聚结构的粘性土，其团粒间的孔隙会使渗透系数很大3.3 3.3 土的渗透系数土的渗透系数上页上页下页下页首页首页目录目录退出退出3.3.2 3.3.2 不同土渗透系数的范围不同土渗透系数的范围1、P37，表，表3-2.2、

11、卡萨哥兰德三界限值、卡萨哥兰德三界限值K=1.0cm/s为土中渗流的层流与紊流的界限；K=10-4cm/s为排水良好与排水不良的界限，也是对应于发生管涌的敏感范围；K=10-4cm/s大体上为土的渗透系数的下限。3、在孔隙比相同的情况下，粘性土的渗透系数一般、在孔隙比相同的情况下，粘性土的渗透系数一般远小于非性土。远小于非性土。3.3 3.3 土的渗透系数土的渗透系数上页上页下页下页首页首页目录目录退出退出3.3.3 3.3.3 确定土的渗透确定土的渗透系数的试验系数的试验1 11、室内试验、室内试验适用性取决于取得试样的代表性；室内试验量测的重要性；现场综合条件的模拟。室内试验包括常水头试验

12、与变水头试验。3.3 3.3 土的渗透系数土的渗透系数上页上页下页下页首页首页目录目录退出退出3.3.3 3.3.3 确定土的渗透确定土的渗透系数的试验系数的试验2 2常水头试验适用于粗粒土（k10-3cm/s）；整个试验过程中水整个试验过程中水头保持不变头保持不变；3.3 3.3 土的渗透系数土的渗透系数AhtQLkT上页上页下页下页首页首页目录目录退出退出3.3.3 3.3.3 确定土的渗透系数确定土的渗透系数的试验的试验3-3-变水头试验变水头试验截面面积截面面积a任一时刻任一时刻t的水头差为的水头差为h，经时段经时段dt后，后，细玻璃管中水位降落细玻璃管中水位降落dh，在时段在时段dt

13、内流内流经试样的水量经试样的水量 dQ=adh 在时段在时段dt内流经试样的水量内流经试样的水量 dQ=kiAdt=kAh/Ldt 管内减少水量流经试样水量管内减少水量流经试样水量 adh=kAh/Ldt 分离变量分离变量 积分积分 2112lnhhttAaLk2112lg3.2hhttAaLk适用于透水性差，渗透系数小的粘性土适用于透水性差，渗透系数小的粘性土 3.3 3.3 土的渗透系数土的渗透系数整个试验过程水头随时间变化整个试验过程水头随时间变化 上页上页下页下页首页首页目录目录退出退出2 2、现场测定渗透系数、现场测定渗透系数（地下水位测压管水面）常用的有现场常用的有现场井孔抽水试验

14、井孔抽水试验或或井孔注水试验井孔注水试验。对于均质粗粒土层，现场测出的对于均质粗粒土层，现场测出的k值比室内值比室内试验得出的值要准确试验得出的值要准确观测孔r2rr1drdhh1hh2Qr处过水断面积为A=2rh,假设该处水力梯度i为常数，且等于地下水位在该处的坡度时，则i=dh/dr q=kAi=2rhkdh/dr qdr/r=2khdh分离变量积分 212212)/ln(hhrrQk212212)/lg(3.2hhrrQk现场测试方法还有：孔压静力触探、地球物理勘探等3.3 3.3 土的渗透系数土的渗透系数3.3.3 3.3.3 确定土的渗透确定土的渗透系数的试验系数的试验4 4上页上页

15、下页下页首页首页目录目录退出退出3.3.3 3.3.3 确定土的渗透系数的试验确定土的渗透系数的试验5 5hH1H2H3Hk1k2k3xzq1xq3xq2x1122不透水层不透水层等效渗透系数等效渗透系数:iiHHkHk1kxn 已知条件已知条件:LhiiiixxqqiHHqx=vxH=kx i Hqix=ki ii Hin 达西定律达西定律:n 等效条件等效条件:3.3 3.3 土的渗透系数土的渗透系数上页上页下页下页首页首页目录目录退出退出3.3.3 3.3.3 确定土的渗透确定土的渗透系数的试验系数的试验6 62、iiVkHHkH1H2H3Hhk1k2k3xzv承压水承压水kzvviih

16、hiHHvi=ki(hi/Hi)iiiikHvh zkvHh iizkHvkvHiihhn 已知条件已知条件:n 达西定律达西定律:n 等效条件等效条件:v=kz(h/H)等效渗透系数等效渗透系数:3.3 3.3 土的渗透系数土的渗透系数上页上页下页下页首页首页目录目录退出退出小结小结n 水头与水力坡降水头与水力坡降n 渗透试验与达西渗透试验与达西定律定律n 渗透系数的测定渗透系数的测定及影响因素及影响因素n 层状地基的等效层状地基的等效渗透系数渗透系数 总水头总水头=位置水头位置水头+压力水头压力水头 水头是渗流的驱动力水头是渗流的驱动力 达西定律达西定律 渗透系数、渗透速度渗透系数、渗透速

17、度 达西定律的适用条件达西定律的适用条件 常水头试验常水头试验 变水头试验变水头试验 渗透系数影响因素渗透系数影响因素 水平等效渗透系数水平等效渗透系数 垂直等效渗透系数垂直等效渗透系数上页上页下页下页首页首页目录目录退出退出1.1.有效应力原理有效应力原理1 1（1）土粒受力分析）土粒受力分析（1）几个概念：）几个概念：有效应力（有效应力（effective stress）是由颗粒间接触点传递的应力，会使土的颗粒产生位移，引起土体的变形和强度的变化的应力，用表示。孔隙水压力（孔隙水压力（pore water pressure）由孔隙水传递的应力，它不能直接引起土体的变形和强度变化，又称为中性

18、压力，不随时间而变化，用u表示。超静孔隙水压力（超静孔隙水压力（excess pore water pressure）由外荷引起的超出静水位以上的那部分孔隙水压力。它在固结过程中不断变化，固结终了时应等于零，用u表示3.4 3.4 饱和土中的应力饱和土中的应力和有效应力原理和有效应力原理上页上页下页下页首页首页目录目录退出退出1.1.有效应力原理有效应力原理2 22、有效应力原理、有效应力原理作用于饱和土体内某截面上总的正应力由两部分组成：一部分为孔隙水压力u，另一部分为有效应力，饱和土中总应力与孔隙水压力、有效应力之间存在如下关系：上式即为太沙基提出的饱和土体有效应力原理。它是研究土体固结和

19、强度的重要理论基础。u,3.4 3.4 饱和土中的应力饱和土中的应力和有效应力原理和有效应力原理上页上页下页下页首页首页目录目录退出退出1.1.有效应力原理有效应力原理3 33、饱和土体有效应力原理的要点、饱和土体有效应力原理的要点1饱和土体内任一平面上受到的总应力等于有效应力加孔隙水压力之和；2土的变形（压缩）与强度的变化都仅取决于有效应力的变化。3.有效应力表示为=P/A，并不是颗粒间的真正应力P/Ac，因而只是一个表象的、虚拟的应力。3.4 3.4 饱和土中的应力饱和土中的应力和有效应力原理和有效应力原理上页上页下页下页首页首页目录目录退出退出2 2、饱和土体中力的、饱和土体中力的平衡条

20、件平衡条件1 1（1）取（土骨架取（土骨架+孔隙水）作隔离体：孔隙水）作隔离体：自重：上部水压力：下部水压力：下部纱网对土样的支持力：R，则：也可以利用有效应力原理得到：总应力：孔隙水压力：有效应力：LARAhPw 11AhPw22LARRPWP211hLwsat)(12hLhuwwLu3.4 3.4 饱和土中的应力饱和土中的应力和有效应力原理和有效应力原理上页上页下页下页首页首页目录目录退出退出2 2、饱和土体中力的、饱和土体中力的平衡条件平衡条件2 2（2）取土的骨架作为隔离体：）取土的骨架作为隔离体：土粒自重：水对土的浮力：则：wsssdVWwsVLAdnVWRwswss)1)(1(LA

21、R3.4 3.4 饱和土中的应力饱和土中的应力和有效应力原理和有效应力原理上页上页下页下页首页首页目录目录退出退出3.5.1 3.5.1 渗透力渗透力3.5 3.5 渗透力和渗透力和渗透变形渗透变形h1hh200hwL土样土样滤网滤网贮水器贮水器a bn h=0 h=0 静水中，土骨静水中，土骨架会受到浮力作用。架会受到浮力作用。n h0 h0 水在流动时，水在流动时，水流受到来自土骨架的水流受到来自土骨架的阻力，同时流动的孔隙阻力，同时流动的孔隙水对土骨架产生一个摩水对土骨架产生一个摩擦、拖曳力。擦、拖曳力。渗透力渗透力J：渗透作用中，孔隙水对土骨架的作用：渗透作用中，孔隙水对土骨架的作用力

22、，方向与渗流方向一致力，方向与渗流方向一致上页上页下页下页首页首页目录目录退出退出土体自重：土体自重：上、下部水压力：上、下部水压力：则有：则有：其中：其中：代入：代入：土体受力分析土体受力分析)(wsatLALAWP2WP1RA11AhPw22AhPw)()()(122121hhALAAhAhLAPPWRwwwwwHLhh12JWLAiLAiLALHLAHLALARwwwww)()()()(：水中土骨架的自重 ：渗透 作用力WJ3.5 3.5 渗透力和渗透力和渗透变形渗透变形上页上页下页下页首页首页目录目录退出退出向上渗流存在时，滤网向上渗流存在时，滤网支持力减少支持力减少减少的部分由谁承担

23、？减少的部分由谁承担？水与土之间的作用力水与土之间的作用力渗流的拖曳力渗流的拖曳力ALRwLAiLAR wLAiJwiVJj静水中的土体：静水中的土体：渗流中的土体：渗流中的土体：总渗透力：总渗透力：渗透力：渗透力：渗透力渗透力j j：单位土体内土骨架所受到的渗透水流的拖曳力：单位土体内土骨架所受到的渗透水流的拖曳力 渗透力方向：与水渗流方向一致渗透力方向：与水渗流方向一致3.5 3.5 渗透力和渗透力和渗透变形渗透变形上页上页下页下页首页首页目录目录退出退出3.5.2 3.5.2 流土及其临流土及其临界水力坡降界水力坡降当当 h逐渐增大，土体中的渗流力逐渐增大，土体中的渗流力也逐渐增大。当也

24、逐渐增大。当 h增大到某一数增大到某一数值，向上的渗流力克服了向下的值，向上的渗流力克服了向下的重力时（重力时（R=0R=0），土体就要发生浮），土体就要发生浮起或受到破坏。这种现象叫做起或受到破坏。这种现象叫做流流砂或者流土现象砂或者流土现象。这种在向上的渗流力作用下，粒这种在向上的渗流力作用下，粒间有效应力为零，土开始发生流间有效应力为零，土开始发生流砂现象砂现象时的水力坡降称为时的水力坡降称为临界水临界水力坡降力坡降icr。h1hh200hwL土样土样滤网滤网贮水贮水器器a bP2WP1RAwcrwcriLAiLAR0上页上页下页下页首页首页目录目录退出退出流土可能性的判别流土可能性的判

25、别 scrFiiiFs:安全系数安全系数1.52.0 i :允许坡降允许坡降F i icr:土体发生流土破坏土体发生流土破坏n 工程设计：工程设计：n 在自下而上的渗流逸出处，任何土，包括粘性土和在自下而上的渗流逸出处，任何土，包括粘性土和无粘性土，只要满足渗透坡降大于临界水力坡降这无粘性土，只要满足渗透坡降大于临界水力坡降这一水力条件，均要发生流土：一水力条件，均要发生流土：3.5 3.5 渗透力和渗透力和渗透变形渗透变形上页上页下页下页首页首页目录目录退出退出坝体坝体F 原因原因内因：有足够多的粗颗粒形成大于细粒直径的孔隙内因：有足够多的粗颗粒形成大于细粒直径的孔隙外因：渗透力足够大外因：

26、渗透力足够大 n 1、管涌：、管涌：在渗流作用下，土中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙在渗流作用下，土中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙通道中被渗透水流带走而流失的现象，称为管涌。其结果常为通道中被渗透水流带走而流失的现象，称为管涌。其结果常为由于细颗粒逐渐被带走，孔隙越来越大，最后形成与地表贯通由于细颗粒逐渐被带走，孔隙越来越大，最后形成与地表贯通的管状通道的管状通道渗流渗流过程演示过程演示1.在渗透水流作用下，在渗透水流作用下，细颗粒在粗颗粒形成细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中移动流失的孔隙中移动流失2.孔隙不断扩大，渗流孔隙不断扩大，渗流速度不断增加，较粗速度不断增加，较粗颗粒也相继被水带走颗粒也相继被水

27、带走3.形成贯穿的渗流通道，形成贯穿的渗流通道，造成土体塌陷造成土体塌陷3.5.3 3.5.3 管涌管涌3.5 3.5 渗透力和渗透力和渗透变形渗透变形上页上页下页下页首页首页目录目录退出退出2 2、管涌可能性的判别、管涌可能性的判别管涌几何条件水力条件一般发生在无粘性土中较均匀土（Cu10）级配孔隙及细粒判定非管涌土粗颗粒形成的孔隙小于细颗粒不均匀土（Cu10）不连续连续d d0 0=0.25d=0.25d2020细粒含量35%细粒含量25%细粒含量=25-35%d d0 0 d d d5 5d d0 0=d=d3 3-d-d5 5管涌土过渡型土非管涌土非管涌土管涌土过渡型土几何条件P(%)

28、lgd骨架充填料P53d5d3F发生管涌的发生管涌的必要条件必要条件：粗颗粒所：粗颗粒所构成的孔隙直径大于细颗粒直径构成的孔隙直径大于细颗粒直径上页上页下页下页首页首页目录目录退出退出管涌可能性的判别管涌可能性的判别水力条件：渗透力能够水力条件：渗透力能够带动细颗粒在孔隙间滚带动细颗粒在孔隙间滚动动 或移动。或移动。水力条件：水力条件：i icr5 10 15 20 25 30 35 402.01.51.00.50icrCu流土过渡管涌Cu 20时时,icr =0.25-0.30 i=0.10-0.15前苏联：前苏联：中国：中国：水力坡降级配连续土级配不连续土破坏坡降破坏坡降i icrcr0.

29、20-0.400.1-0.3允许坡降允许坡降ii0.15-0.250.1-0.2上页上页下页下页首页首页目录目录退出退出管涌可能性的判别管涌可能性的判别流土流土土体局部范围的颗粒同时土体局部范围的颗粒同时发生移动发生移动管涌管涌只发生在水流渗出的表层只发生在水流渗出的表层只要渗透力足够大，只要渗透力足够大，可发生在任何土中可发生在任何土中破坏过程短破坏过程短导致下游坡面产生局部滑动等导致下游坡面产生局部滑动等现象现象位置位置土类土类历时历时后果后果土体内细颗粒通过粗粒形成土体内细颗粒通过粗粒形成的孔隙通道移动的孔隙通道移动可发生于土体内部和渗流可发生于土体内部和渗流溢出处溢出处一般发生在特定级

30、配的一般发生在特定级配的无粘性土或分散性粘土无粘性土或分散性粘土破坏过程相对较长破坏过程相对较长导致结构发生塌陷或溃口导致结构发生塌陷或溃口上页上页下页下页首页首页目录目录退出退出流土与管涌的比较流土与管涌的比较 流土流土土体局部范围的颗粒同时土体局部范围的颗粒同时发生移动发生移动管涌管涌只发生在水流渗出的表层只发生在水流渗出的表层只要渗透力足够大，只要渗透力足够大，可发生在任何土中可发生在任何土中破坏过程短破坏过程短导致下游坡面产生局部滑动等导致下游坡面产生局部滑动等现象现象位置位置土类土类历时历时后果后果土体内细颗粒通过粗粒形成土体内细颗粒通过粗粒形成的孔隙通道移动的孔隙通道移动可发生于土

31、体内部和渗流可发生于土体内部和渗流溢出处溢出处一般发生在特定级配的一般发生在特定级配的无粘性土或分散性粘土无粘性土或分散性粘土破坏过程相对较长破坏过程相对较长导致结构发生塌陷或溃口导致结构发生塌陷或溃口上页上页下页下页首页首页目录目录退出退出3.5.5 3.5.5 渗透破坏的防治渗透破坏的防治原理：减少可能发生破坏的原理：减少可能发生破坏的土体中的水力坡降土体中的水力坡降原则：原则：以以“上挡下排上挡下排”为原则，即上游截渗、延长渗径，下游为原则，即上游截渗、延长渗径，下游通畅渗透水流，减小渗透压力，防止渗透变形通畅渗透水流，减小渗透压力，防止渗透变形垂直截渗:延长渗径，降低上、下游的水力坡度

32、，若垂直截渗能完全截断透水层，防渗效果更好。垂直截渗墙、帷幕灌浆、板桩等均属于垂直截渗 上页上页下页下页首页首页目录目录退出退出上页上页下页下页首页首页目录目录退出退出上页上页下页下页首页首页目录目录退出退出3.5.4 3.5.4 其它渗透破坏其它渗透破坏类型类型1、不同土层间的接触渗透破坏、不同土层间的接触渗透破坏接触流土接触流土2、两层土间沿层面方向渗流时、两层土间沿层面方向渗流时接触冲刷接触冲刷3、分散性土的渗透破坏。、分散性土的渗透破坏。上页上页下页下页首页首页目录目录退出退出3.5.53.5.5渗透破坏的防治渗透破坏的防治设置水平铺盖：上游设置水平铺盖，与坝体防渗体连接，延长了水流渗

33、透路径 粘土铺盖上页上页下页下页首页首页目录目录退出退出3.5.5 3.5.5 渗透破坏的防治渗透破坏的防治设置反滤层设置反滤层 砂垫层水位加筋土工布回填中粗砂抛石棱体设置反滤层，既可通畅水流，又起到保护土体、防止细粒流失而产生渗透变形的作用。反滤层可由粒径不等的无粘性土组成，也可由土工布代替，上图为某河堤基础加筋土工布反滤层 上页上页下页下页首页首页目录目录退出退出3.5.5 3.5.5 渗透破坏的防治渗透破坏的防治排水减压排水减压 粘性土含水层减压井为减小下游渗透压力，在水工建筑物下游、基坑开挖时，设置减压井或深挖排水槽 上页上页下页下页首页首页目录目录退出退出3.6.13.6.1稳定渗流

34、场中的拉普拉斯方程稳定渗流场中的拉普拉斯方程3.6 3.6 二维渗流与流网二维渗流与流网连续性条件:注入单元的流量=流出单元的流量，即：dxdzzvvdzdxxvvdxvdzvzzxxzx)()(0zvxvzxzxzvxvdxxvvxxdzzvvzz依达西定律：zhkvxhkvzx;则有：02222zhxhLaplace方程方程特点：满足它的是两个共轭调合函数势函数和流函数 描述渗流场内部的测管水头的分布，是平面稳定渗流的基本方程式上页上页下页下页首页首页目录目录退出退出如果设势函数：如果设势函数：流函数：流函数：为为 的共轭函数。的共轭函数。则有：则有：特点：满足它的是两个共轭调合函数势函数

35、和流函数 描述渗流场内部的测管水头的分布，是平面稳定渗流的基本方程式khzx),(),(zx),(zxxzvzxvzx;02222zx02222zx等势线（）与流线（）是正交的0d0d3.6 3.6 二维渗流与流网二维渗流与流网上页上页下页下页首页首页目录目录退出退出3.6.2 3.6.2 流网的绘制原则流网的绘制原则流网：流网：就是根据一定的边界条件绘制的由等势线和流就是根据一定的边界条件绘制的由等势线和流线组成的网状图。线组成的网状图。3.6 3.6 二维渗流与流网二维渗流与流网Hh0上页上页下页下页首页首页目录目录退出退出绘制原则：绘制原则：等势线和流线必须正交；为了方便，以等势线和流线

36、为边界围成的网眼尽可能接近于正方形；由于不透水边界不会有流水通过，因此不透水边界必定是流线；静水位下的透水边界其总水头相等，所以它们是等势线；在地下水位线或浸润线上，孔隙水压力u=0，其总水头只包括位置水头，所以它是一条流线。3.6 3.6 二维渗流与流网二维渗流与流网上页上页下页下页首页首页目录目录退出退出3.6.3 3.6.3 流网的绘制方法流网的绘制方法1 1）首先将建筑物及土层剖面按一定的比例绘出，并根）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。据渗流区的边界，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h

37、1，下游透水边界CD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。3.6 3.6 二维渗流与流网二维渗流与流网上页上页下页下页首页首页目录目录退出退出 2 2）根据流网特性，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，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步变为不透水层面EFEF相接近。中间流线数量越多相接近。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，流网

38、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，一般中间间流线的数量应视工程的重要性而定，一般中间流线可绘流线可绘3-43-4条。流线绘好后，根据曲边正方形网条。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、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。应是光滑的曲线。3.6 3.6 二维渗流与流网二维渗流与流网上页上页下页下页首页首页目录目录退出退出3 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初绘的流网，可以加绘网格的

39、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，否则应作进一步修改。方形，则流网是正确的，否则应作进一步修改。但是，由于边界通常是不规则的，在形状突变处但是，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，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，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。对计算结果影响不大。3.6 3.6 二维渗流与流网二维渗流与流

40、网上页上页下页下页首页首页目录目录退出退出3.6.4 3.6.4 流网的应用流网的应用1.求各点之测管水头求各点之测管水头h；2.求各点的水力坡降；求各点的水力坡降；3.确定渗流量；确定渗流量；4.判断渗透破坏的可能性。判断渗透破坏的可能性。3.6 3.6 二维渗流与流网二维渗流与流网上页上页下页下页首页首页目录目录退出退出3.6.5 3.6.5 流网的特征流网的特征1、在边界相同的情况下，土体中的流网的形状与土、在边界相同的情况下，土体中的流网的形状与土的渗透系数无关；的渗透系数无关；2、在无浸润线的渗流中，流网的形状也与上、下游、在无浸润线的渗流中，流网的形状也与上、下游水头差的大小无关；

41、水头差的大小无关；3、4、对于分层土，在边界上有渗流折射情况，在不同、对于分层土，在边界上有渗流折射情况，在不同土层中网格两个边的比例不同。土层中网格两个边的比例不同。上页上页下页下页首页首页目录目录退出退出二、流网的特征及应用 流 网渗流场中的两族相互正交曲线等势线和流线所形成的网络状曲线簇。流 线水质点运动的轨迹线。等势线测管水头相同的点之连线。流网法通过绘制流线与势线的网络状曲线簇来求解渗流问题。Hh0上页上页下页下页首页首页目录目录退出退出二维渗流与流网二维渗流与流网二、流网的特征及应用 基本要求1.正交性：流线与等势线必须正交Hh0lsls2.各个网格的长宽比c应为常数。取c=1，即为曲边正方形5.在边界上满足流场边界条件要求，保证解的唯一性。3.相邻等势线的水头损失相等 4.各流糟的渗流量相等 上页上页下页下页首页首页目录目录退出退出二维渗流与流网二维渗流与流网二、流网的特征及应用 测管水头 h h 实际应用l/Hi ）（zhhiiikv HMkMqq;HkslHkqiiii 确定孔压 确定流速 确定流量 水力坡降Hh0lslsM流道数上页上页下页下页首页首页目录目录退出退出上页上页下页下页首页首页目录目录退出退出