第3章土中水的运动规律课件.ppt
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1、第三章第三章土中水的运动规律土中水的运动规律土中水的土中水的运动规运动规律律3.1 3.1 概述概述 土中水并非处于静止不变的状态,而是处于运动状态。土中水的运动原因和形式很多,例如,在重力作用下,地下水的流动(土的渗透性问题);在土中附加应力作用下孔隙水的挤出(土的固结问题);由于表面张力作用产生的水分移动(土的毛细现象);在土颗粒分子引力作用下结合水的移动(如冻结时土中水分的移动);由于孔隙水溶液中离子浓度的差别产生的渗附现象等。土中水的运动将对土的性质产生影响,在许多工程实践中碰到的问题,如流沙、冻胀、渗透固结、渗流时的边坡稳定等,都与土中水的运动有关。故本章着重研究土中水的运动规律。土
2、中水的土中水的运动规运动规律律3.2 3.2 土的毛细性土的毛细性 土的毛细性土的毛细性是指土能够产生毛细现象的性质。土的毛细现土的毛细现象象是指土中水在表面张力作用下,沿着细微孔隙向上及向其他方向移动的现象。这种细微孔隙中的水被称为毛细水毛细水。土的毛细现象在以下几个方面对工程有影响:1)毛细水的上升是引起路基冻害的因素之一。2)对于房屋建筑,毛细水的上升会引起地下室过分潮湿。3)毛细水的上升可能引起土的沼泽化和盐渍化,对建筑工程及农业经济都有很大影响。土中水的土中水的运动规运动规律律3.2.1 3.2.1 土层中的毛细水带土层中的毛细水带 土层中由于毛细现象所润湿的范围称为毛细水带毛细水带
3、。根据毛细水带的形成条件和分布状况,可分为三种,即正常毛细水带、毛细网状水带和毛细悬挂水带,如图3.1所示。土中水的土中水的运动规运动规律律3.2.2 3.2.2 毛细水上升高度和上升速度毛细水上升高度和上升速度 在实践中也有些估算毛细水上升高度的经验方式,如海森(A.Hazen)的经验公式:通过试验可以得出,在较粗颗粒土中,毛细水上升一开始进行的很快,以后逐渐缓慢,细颗粒土毛细水上升高度较大,但上升速度较慢。max24wwhrd10cChed土中水的土中水的运动规运动规律律3.2.3 3.2.3 毛细压力毛细压力 毛细压力可以用图3.3来说明。图中两个土粒(假想是球体)的接触面间有一些毛细水
4、,土粒表面的湿润作用,使毛细水形成弯液面。在水和空气的分界面上产生的表面张力是沿着弯液面切线方向作用的,它促使两个土粒互相靠拢,在土粒的接触面上就产生一个压力,称为毛细压力毛细压力。土中水的土中水的运动规运动规律律3.3 3.3 土的渗透性土的渗透性 土孔隙中的自由水在重力的作用下发生运动的现象,称为土的渗透性土的渗透性。浸润线浸润线流线流线等势线等势线下游下游上游上游土坝蓄水后水透土坝蓄水后水透过坝身流向下游过坝身流向下游H隧道开挖时,地下隧道开挖时,地下水向隧道内流动水向隧道内流动 土中水的土中水的运动规运动规律律3.3.1 3.3.1 渗流模型渗流模型 考虑到实际工程中并不需要了解具体孔
5、隙中的渗流情况,对渗流作出如下的简化:一是不考虑渗流路径的迂回曲折,只分析它的主要流向;二是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。作了这种简化后的渗流其实只是一种假想的土体渗流,称之为渗流模型渗流模型。土中水的土中水的运动规运动规律律3.3.2 3.3.2 土的层流渗透定律土的层流渗透定律渗透定律(达西定律):vkIqkIF或或土中水的土中水的运动规运动规律律 在黏土中,应按下述修正后的达西定律计算渗流速度:0()vk II土中水的土中水的运动规运动规律律3.3.3 3.3.3 土的渗透系数土的渗透系数 渗透系数是综合反映土体渗透能力的一个指标,其数值的正确确定
6、对渗透计算有着非常重要的意义。成层土的渗透系数渗透系数的确定室内试验测定法现场抽水试验土中水的土中水的运动规运动规律律1)室内试验测定法室内试验测定法 常水头法就是在整个试验过程中,水头保持不变。用量筒和秒表测出某一时刻t内流经试样的水量Q,即可求出流过土体的流量,再根据达西定律求解k。FtQv HtFQlk(1)(1)常水头法常水头法土中水的土中水的运动规运动规律律(2)(2)变水头法变水头法 设玻璃管的内截面积为a,试验开始以后任一时刻t的水位差为h,经时段dt,细玻璃管中水位下落dh,则在时段dt内流经试样的水量:Fdtlhkadh 2112ln)(hhttFalkadhdQFdtlhk
7、dQ 土中水的土中水的运动规运动规律律2)2)现场抽水试验现场抽水试验(1)(1)无压完整井无压完整井(2)(2)无压非完整井无压非完整井0220ln()()RqrkHh02200ln101.8()10.3sinRqrkrhHhhHH土中水的土中水的运动规运动规律律3)3)成层土的渗透系数成层土的渗透系数水平向:竖 向:1211 12221 12212iihik hqqk FIk F Ik hk hqkFIFIFIhhh1212121212221212122212()()()()()()iviihhhhhhhhhqqqqkq hq hhhhFIFHFHHFFkF kkkk 土中水的土中水的运动
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