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1、第四章 土的渗流性和渗流问题一、填空题1.当渗流方向 向上 ，且水头梯度大于 临界 水头梯度时，会发生流砂现象。2.渗透系数的数值等于水力梯度为1时，地下水的渗透速度 越小 ，颗粒越粗的土，渗透系数数值越 大 。3.土体具有被液体透过的性质称为土的 渗透性或透水性 。4.一般来讲，室内渗透试验有两种，即 常水头法 和 变水头法 。5.渗流破坏主要有 流砂 和 管涌 两种基本形式。6.达西定律只适用于 层流 的情况，而反映土的透水性的比例系数，称之为土的 渗透系数 。7.出现流砂的水头梯度称 临界水头梯度 。8.渗透力是一种 体积 力。它的大小和 水力坡度 成正比，作用方向与 渗流方向 相一致。
2、二、名词解释 1.渗流力：水在土中流动时，单位体积土颗粒受到的渗流作用力。2.流砂：土体在向上动水力作用下，有效应力为零时，颗粒发生悬浮、移动的现象。3.水力梯度：土中两点的水头差与水流过的距离之比。为单位长度上的水头损失。4.临界水力梯度：使土开始发生流砂现象的水力梯度。三、选择题1.流砂产生的条件为：（ D ） （A）渗流由上而下，动水力小于土的有效重度（B）渗流由上而下，动水力大于土的有效重度（C）渗流由下而上，动水力小于土的有效重度（D）渗流由下而上，动水力大于土的有效重度2.饱和重度为20kN/m3的砂土，在临界水头梯度ICr时，动水力GD大小为：（ C ） （A）1 kN/m3 （
3、B）2 kN/m3 （C）10 kN/m3 （D）20 kN/m33.反应土透水性质的指标是（ D ）。（A）不均匀系数 （B）相对密实度 （C）压缩系数 （D）渗透系数4.下列有关流土与管涌的概念，正确的说法是（ C ）。（A）发生流土时，水流向上渗流；发生管涌时，水流向下渗流（B）流土多发生在黏性土中，而管涌多发生在无黏性土中（C）流土属突发性破坏，管涌属渐进式破坏（D）流土属渗流破坏，管涌不属渗流破坏5.土透水性的强弱可用土的哪一项指标来反映？（ D ）（A）压缩系数 （B）固结系数 （C）压缩模量 （D）渗透系数6.发生在地基中的下列现象，哪一种不属于渗透变形？（ A ）（A）坑底隆起
4、 （B）流土 （C）砂沸 （D）流砂7.下属关于渗流力的描述不正确的是（ D ）。（A）其数值与水力梯度成正比，其方向与渗流方向一致（B）是一种体积力，其量纲与重度的量纲相同（C）流网中等势线越密集的区域，其渗流力也越大（D）渗流力的存在对土体稳定总是不利的8.下列哪一种土样更容易发生流砂？（ B ）（A）砂砾或粗砂 （B）细砂或粉砂 （C）粉质黏土（D）黏土9.成层土水平方向的等效渗透系数与垂直方向的等效渗透系数的关系是（ A ）。（A） （B）= （C）10的土中。（2）水力条件：动水力能带动细颗粒在孔隙间滚动或移动。防治原则：（1）改变几何条件，在渗流逸出部位铺设反滤层。（2）改变水力条
5、件，降低水力梯度，如打板桩。4.简述影响土的渗透性的因素主要有哪些。答：（1）土的粒度成分及矿物成分。土的颗粒大小、形状及级配，影响土中孔隙大小及其形状，因而影响土的渗透性。土颗粒越粗，越浑圆、越均匀时，渗透性就大。砂土中含有较多粉土及粘土颗粒时，其渗透系数就大大降低。（2）结合水膜厚度。粘性土中若土粒的结合水膜厚度较厚时，会阻塞土的孔隙，降低土的渗透性。 （3）土的结构构造。天然土层通常不是各向同性的，在渗透性方面往往也是如此。如黄土具有竖直方向的大孔隙，所以竖直方向的渗透系数要比水平方向大得多。层状粘土常夹有薄的粉砂层，它在水平方向的渗透系数要比竖直方向大得多。（4）水的粘滞度。水在土中的
6、渗流速度与水的容重及粘滞度有关，从而也影响到土的渗透性。5.为什么室内渗透试验与现场测试得出的渗透系数有较大差别？答：室内试验和现场试验渗透系数有较大差别，主要在于试验装置和试验条件等有关，即就是和渗透系数的影响因素有关，详见上一题。 6.为什么流线与等势线总是正交的？答：在稳定渗流场中，取一微单元体，并假定水体不可压缩，则根据水流连续原理，单位时间内流入和流出微元体的水量应相等，即dqe=dq0。从而得到：即为二维渗流连续方程，从中由数学知识，可知流线和等势线正交。7.流砂与管涌现象有什么区别和联系？答：在向上的渗流力作用下，粒间有效应力为零时，颗粒群发生悬浮、移动的现象称为流砂（土）现象。
7、这种现象多发生在颗粒级配均匀的饱和细、粉砂和粉土层中，一般具有突发性、对工程危害大。在水流渗透作用下，土中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中移动，以至流失；随着土的孔隙不断扩大，渗流速度不断增加，较粗的颗粒也相继被水逐渐带走，最终导致土体内形成贯通的渗流管道，造成土体塌陷，这种现象称为管涌。它多发生在砂性土中，且颗粒大小差别大，往往缺少某种粒径，其破坏有个时间发展过程，是一种渐进性质破坏。具体地再说，管涌和流砂的区别是：（1）流砂发生在水力梯度大于临界水力梯度，而管涌发生在水力梯度小于临界水力梯度情况下；（2）流砂发生的部位在渗流逸出处，而管涌发生的部位可在渗流逸出处，也可在土体内部；（3）流砂发生
8、在水流方向向上，而管涌没有限制。8.渗透力都会引起哪些破坏？答：渗流引起的渗透破坏问题主要有两大类：一是由于渗流力的作用，使土体颗粒流失或局部土体产生移动，导致土体变形甚至失稳；二是由于渗流作用，使水压力或浮力发生变化，导致土体和结构物失稳。前者主要表现为流砂和管涌，后者主要则表现为岸坡滑动或挡土墙等构造物整体失稳。六、计算题1.如图41所示，在恒定的总水头差之下水自下而上透过两个土样，从土样1顶面溢出。（1）已土样2底面cc 为基准面，求该面的总水头和静水头；（2）已知水流经土样2的水头损失为总水头差的30%，求 bb面的总水头和静水头；（3）已知土样2的渗透系数为0.05cm/s ，求单位
9、时间内土样横截面单位面积的流量；（4）求土样1的渗透系数。 图41 （单位：cm） 图42 （单位：cm）解：如图41，本题为定水头实验，水自下而上流过两个土样，相关几何参数列于图中。（1）以c-c为基准面，则有：zc=0，hwc=90cm，hc=90cm（2）已知Dhbc=30%Dhac，而Dhac由图2-16知，为30cm，所以 hbc=30%Dhac=0.330=9cm hb=hchbc=909=81cm 又 zb=30cm，故hwb=hbzb=8130=51cm（3）已知k2=0.05cm/s，q/A=k2i2= k2Dhbc/L2=0.059/30=0.015cm3/s/cm2=0.
10、015cm/s（4） i1=Dhab/L1=（Dhac-Dhbc）/L1=（30-9）/30=0.7，而且由连续性条件，q/A=k1i1=k2i2 k1=k2i2/i1=0.015/0.7=0.021cm/s2.某渗透装置如图42所示。砂的渗透系数；砂的渗透系数；砂样断面积A=200，试问：（1）若在砂与砂分界面处安装一测压管，则测压管中水面将升至右端水面以上多高？（2）砂与砂界面处的单位渗流量q多大？解：（1）设所求值为，砂样和砂样的高度分别为和。因各断面的渗流速度相等，故有即 （2）砂与砂界面处的单位渗流量q为： 3.定水头渗透试验中，已知渗透仪直径，在渗流直径上的水头损失，在60s时间内
11、的渗水量，求土的渗透系数。解：4.图43为一板桩打入透土层后形成的流网。已知透水土层深，渗透系数板桩打入土层表面以下，板桩前后水深如图43所示。试求：（1）图中所示a、b、c、d、e各点的孔隙水压力；（2）地基的单位透水量。图43 板桩墙下的渗流图解：（1）a、e点位于水面，故 b、d位于土层表面，其孔隙压力分别为： C点位于板桩底部，该点的水头损失为： 该点的孔压为： （2）地基的单位渗水量： 5.如图44所示，在长为10cm，面积的圆筒内装满砂土。经测定，粉砂的，筒下端与管相连，管内水位高出筒5cm（固定不变），流水自下而上通过试样后可溢流出去。试求（1）渗流力的大小，判断是否会产生流砂现象；（2）临界水利梯度值。图44解：（1） 因为，所以不会发生流砂。（2）