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1、第3章 土的渗透性及渗流,第2篇土力学,第二章回顾,1.若某砂土的天然孔隙比与其能达到的最大孔隙比相等，则该土 (A)处于最疏松状态 (B)处于中等密实状态 (C)处于最密实状态 2.饱和土的组成为： (A)固相 (B)固相液相 (C)固相液相气相 (D)液相,3.在土的三相比例指标中，三项基本的试验指标是( )、( )、( )。它们分别可以采用( )法、( )法和( )法测定。 4. 所谓土的含水量，是指： (A)水的质量与土体总质量比 (B)水的体积与孔隙体积之比 (C)水的质量与土体中固体部分质量之比 5.下列土的物理性质指标中，反映土密实程度的是: (A)土的重度 (B)孔隙比 (C)
2、干重度 (D)土粒比重。,6.决定无黏性土工程性质的好坏是无粘性土的（ ），它是用指标（ ）或（ ）来衡量。 7.粘粒含量越多，颗粒粒径越( ) 。比表面积越（ ），亲水性越（ ），结合水含量越（ ），塑性指数Ip 越（ ）。 8.黏性土的液性指数的正负、大小表征黏性土的（ ）状态，IL1.0为（ ）状态， IL 0为（ ）状态。,9.下列指标的（ ）与无黏性土无关。 （A）孔隙比 (B)液性指数（C）最大孔隙比 （D）含水量 （E）灵敏度 10.关于塑限的正确说法包括（ ）。 （A）土体由塑性状态转为流动状态的界限含水量； （B）土体由半固态转为塑性状态的界限含水量; （C）一般用wp表示
3、（D）一般用wL表示,11. 稠度界限（阿太堡界限）的定义为（ ）。 （A）粘性土随含水量的变化从固态变为半固态时的界限含水率；（B）粘性土的含水量与粘粒含量的比值；（C）粘性土随含水量的变化从半固态变为可塑状态时的界限含水率；（D）粘性土随含水量的变化从一种状态变为另一种状态时的界限含水率。 12. 某黏性土的塑性指数IP19，该土的名称为( )。 (A)粉土 (B)粉质黏土 (C)黏土 (D)砂,本讲内容,第3章 土的渗透性及渗流 3.1 概述 3.2 土的渗透性 3.3 土中二维渗流及流网 3.4 渗透破坏与控制,3.1 概述,土坝蓄水后水透过坝身流向下游,基坑开挖时，地下水向基坑内流动
4、,一、工程背景,二、基本概念,水透过土体孔隙的现象称为渗透 土具有被水透过的性能称为土的渗透性 水在土体孔隙中流动的现象称为渗流 土的渗透性研究包括三个方面： （1）渗流量问题； （2）渗透破坏问题；（长江水灾，基坑坍塌） （3）渗流控制问题。（堤坝防渗墙、基坑防渗）,下水管漏水所致基坑坍塌,成都“楼歪歪”-临近基坑开挖事故,合肥“楼歪歪” -临近基坑开挖事故,3.2 土的渗透性,3.2.1 渗流基本概念 渗流模型：层流,3.2.2 土的层流渗透定律,一、达西渗透定律,1855年法国学者Darcy对砂土的渗透性进行研究,结论： 水在土中的渗透速度与试样的水力梯度成正比,水力梯度，即沿渗流方向单
5、位距离的水头损失,二、达西渗透定律适用范围,讨论：,砂土的渗透速度与水力梯度呈线性关系,密实的粘土，需要克服结合水的粘滞阻力后才能发生渗透;同时渗透系数与水力梯度的规律还偏离达西定律而呈非线性关系,起始水力梯度,虚直线简化,v=ki,3.2.3 渗透系数的测定,渗透系数的大小是直接衡量土的透水性强弱的重要力学性质指标。渗透系数的测定可以分为现场试验和室内试验两大类。 1. 室内试验： 常水头试验：适用于透水性强的无粘性土 变水头试验：适用于透水性弱的粘性土。,常水头法无粘性土,常水头法就是在整个试验过程中，水头保持不变，试验装置如图 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
6、体的流量，再根据达西定律求解k,（3-11）,h,变水头法粘性土,粘性土，渗透系数小，流经水量少 变水头法在整个试验过程中，水头是随着时间而变化的,a-细玻璃管截面积 A-土样截面积,2.现场测定法,（3-14）,3.影响渗透系数的因素,影响渗透系数的因素很多，诸如土的种类、级配、孔隙比及水的温度等。 (自学),课堂练习题,设变水头试验时，黏土试样的截面积为A30cm2，厚度为L4cm；渗透仪玻璃管的内径为d0.4cm，试验开始时，水位差为h1160 cm，经时段7min 25s后，观测得到水头差为h2145 cm，试求试样的渗透系数。,解：,已知面积A30 cm2。渗径长度L4cm，玻璃管的
7、内径截面积为a=0.126cm2 。 h1160 cm，h2145 cm， t10，t2760+25445s。,3.3 土中二维渗流和流网,3.3.1 二维渗流方程,一维渗流可用达西定律进行计算，而实际工程中，渗流是二维或三维的，这时达西定律需用微分形式表达，然后根据边界条件求解。 当渗流场中水头及流速等渗流要素不随时间改变时，这种渗流称为稳定渗流。 稳定渗流场中的二维渗流方程称为拉普拉斯方程（3-26），引进边界条件可求解。（自学） 求解方法有多种，常用的为图解法绘制流网,3.3.2 流网特征与绘制,流网是两组彼此正交的曲线，一组称为等势线（各点水头相等），另一组称为流线（表示渗流的方向），
8、等势线和流线交织在一起形成的网格叫流网,典型流网分析,接近坝底，流线密集，水力梯度大，渗透速度大,远离坝底，流线稀疏，水力梯度小，渗透速度小,流槽,正交,流网特征,流线与等势线彼此正交 相邻等势线间的水头损失相等 各流槽的渗流量相等,3.4 渗透破坏与控制,渗流,土体内部应力状态变化,土体的局部稳定问题,土体的整体稳定问题,管涌、流土等,水库塌岸 岸坡、土坝倒塌,3.4.1 渗流力,水在土中流动,能量消耗,力图拖曳土粒,水头损失,渗透水流施于单位土体内土粒上的拖曳力称为渗流力 渗透力、动水压力,渗流力是一种体积力,3.4.2 -3 渗透变形的形式,流土 管涌,临界水力梯度,当h增大到某一数值时
9、，向上的渗流力克服了重力，土体就要发生浮起，俗称流土。 此时的水力梯度就称为临界水力梯度，用icr表示,（3-43）,流土,管涌,指在渗透水流的作用下，土中的颗粒被水流逐渐带走，最终导致土体内形成贯通的渗流管道，造成土体坍塌的现象。,一般粘性土只会发生流土，而不会发生管涌，属于非管涌土 无粘性土中粗颗粒构成的孔隙直径大于细颗粒的直径时，才可能让细颗粒在其中移动，这是发生管涌的必要条件,湖南望城湘江大堤管涌,管涌,管涌的治理反滤层,反滤层：反滤层是由2-4层颗粒大小不同的砂、碎石或卵石等材料做成的，顺着水流的方向颗粒逐渐增大，任一层的颗粒都不允许穿过相邻较粗一层的孔隙。设置反滤层后渗透水流出时就带不走堤坝体或地基中的土壤，从而防止管涌和流土的发生。,管涌的治理反滤围井,管涌的治理减压围井,减压围井又称养水盆，是在堤坝背水坡脚附近险情处使用土袋抢筑围井，抬高井内水位，减小水头差，降低渗透压力，减小水力坡降，制止渗水夹带泥沙，破坏土层，以稳定管涌险情。,小 结,了解土中水的运动规律，熟悉渗透系数的测定方法 了解渗透力，渗透变形，流网的概念，流砂、管涌的形成机理和治理措施,下一讲内容,第4章 土中应力 4.1 概述 4.2 土中自重应力 4.3 基底压力,作 业,3-1 3-4 3-6 3-9,