土力学习题集答案第三章.docx
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土力学习题集答案第三章
第3章土的渗透性及渗流
一、简答题
1.试解释起始水力梯度产生的原因。
2.简述影响土的渗透性的因素主要有哪些。
3.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?
4.拉普拉斯方程适应于什么条件的渗流场？
5.为什么流线与等势线总是正交的？
6.流砂与管涌现象有什么区别和联系？
7.渗透力都会引起哪些破坏？
二、填空题
1.土体具有被液体透过的性质称为土的。
2.影响渗透系数的主要因素有：
、
3.一般来讲，室内渗透试验有两种，即和。
4.渗流破坏主要有和两种基本形式。
5.达西定律只适用于的情况，而反映土的透水性的比例系数，称之为土的
三、选择题
1.反应土透水性质的指标是（）。
A.不均匀系数B.相对密实度
C.压缩系数D.渗透系数
2.下列有关流土与管涌的概念，正确的说法是（）。
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
3.土透水性的强弱可用土的哪一项指标来反映？
（）
A.压缩系数B.固结系数
C.压缩模量D.渗透系数
4.发生在地基中的下列现象，哪一种不属于渗透变形？
（）
A.坑底隆起B.流土C.砂沸D.流砂
5.下属关于渗流力的描述不正确的是（）。
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
6.下列哪一种土样更容易发生流砂？
（）
A.砂砾或粗砂B.细砂或粉砂
C.粉质黏土D.黏土
7.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（）。
8.在渗流场中某点的渗流力（）。
C.与水力梯度无关
A.随水力梯度增加而增加B.随水利力梯度增加而减少
9.评价下列说法的正误。
（）
1土的渗透系数越大，土的透水性也越大，土的水力梯度也越大;
2任何一种土，只要水力梯度足够大，就有可能发生流土和管涌;
3土中任一点渗流力的大小取决于该点孔隙水总水头的大小；
4渗流力的大小不仅取决于水力梯度，还与其方向有关。
A.①对B.②对C.③和④对D.全不对
10.下列描述正确的是（）。
A.流网中网格越密处，其水力梯度越小
B.位于同一条等势线上的两点，其孔隙水压力总是相同的
C.同一流网中，任意两相邻等势线间的势能差相等
D.渗透流速的方向为流线的法线方向
11.土体渗流研究的主要问题不包括（）。
A.渗流量问题B.渗透变形问题
C.渗流控制问题D.地基承载力问题
12.某岸边工程场地细砂含水层的流线上A、B两点，A点的水位标高2.5米，B点的水位标高3.0米，两点间流线长为10米，计算两点间的平均渗透力最
接近下列（）个值。
（A）1.25kN/m3；（B）0.83kN/m3；（C）0.50kN/m3；（D）0.20kN/m3。
13.
（以质量百分率计）如下，试按《水利水电工程地质勘察规范》（
GB50287-99）计算判别下列（）选项的土的渗透
四个坝基土样的孔隙率和细粒含量变形的破坏形式属于管涌。
（C）
（A）^=20.3%;Pd=381%；
四、判断改错题
1.绘制流网时必须满足的基本条件之一是流线和等势线必须正交。
2.达西定律中的渗透速度不是孔隙水的实际流速。
3.土的孔隙比愈大，其渗透系数也愈大。
4.在流网图中，流线愈密集的地方，水力坡降愈小。
5.发生流砂时，渗流力方向与重力方向相同。
6.细粒土的渗透系数测定通常采用“常水头”试验进行。
7.绘制流网时，每个网格的长宽比没有要求。
8.在流网中，任意两相邻流线间的渗流量相等。
9.管涌发生在渗流溢出处，而流土发生的部位可以在渗流溢出处，也可以在土体内部。
五、计算题
1.如图3-1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c-c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b—b面的总水头和静水头；
（3）已知土样2的渗透系数为0.05cm/s，求单位时间内土样横截面单位面积的流量；
（4）
*I
求土样1的渗透系数。
图3—1（单位：
cm）
图3—3（单位：
cm）
2.如图3-2所示，在5.0m厚的黏土层下有一砂土层厚6.0m，其下为基岩（不透水）。
为测定该沙土的渗透系数，打一钻孔到基岩顶面并以10-2ni/s的
速率从孔中抽水。
在距抽水孔15m和30m处各打一观测孔穿过黏土层进入砂土层，测得孔内稳定水位分别在地面以下3.0m和2.5m，试求该砂土的渗透
3.某渗透装置如图3-3所示。
砂I的渗透系数-^=2x10V^/£；砂n的渗透系数爲=1x10Sb;砂样断面积A=20他訓，试问：
（1）若在砂I与砂n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I与砂n界面处的单位渗流量q多大？
■|
4.定水头渗透试验中，已知渗透仪直径D=75rn，在L=200m渗流直径上的水头损失h二協枷，在60s时间内的渗水量Q二九6加，求土的渗
透系数。
5.设做变水头渗透试验的粘土式样的截面积为-二<，：
厚度为：
1渗透仪细玻璃管的内径为U—，实验开始时的水位差为-'6.
察的水位差为二］严-：
，实验室的水温为20C，试求式样的渗透系数。
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J值。
第3章参考答案
一、简答题
1.【答】
起始水力梯度产生的原因是，为了克服薄膜水的抗剪强度T0（或者说为了克服吸着水的粘滞阻力），使之发生流动所必须具有的临界水力梯度度。
也就是说,
只要有水力坡度，薄膜水就会发生运动，只是当实际的水力坡度小于起始水力梯度时，薄膜水的渗透速度V非常小，只有凭借精密仪器才能观测到。
因此
严格的讲，起始水力梯度I0是指薄膜水发生明显渗流时用以克服其抗剪强度T0的水力梯度。
2.【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。
3.【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。
4.【答】
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，而拉普拉斯方程是指适用于平面稳定渗流的基本方程。
5.【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=dqo。
从而得到:
dxdz
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。
6.【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。
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）流砂发生在水流方向向上，而管涌没有限制。
7.【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。
二、填空题
1.渗透性或透水性
2.土的粒度成分及矿物成分、土的密实度、土的饱和度、土的结构、土的构造、水的温度
3.常水头法、变水头法
4.流砂（土）、管涌
5.层流、渗透系数
三、选择题
1.D2.C3.D4.A5.D6.B7.A8.A9.D10.C11.D12.C13.D（注：
按规范当！
；-一：
」时发生管涌）
四、判断改错题
1.V
2.V
3.:
:
，对黏性土不成正比。
4..,改“愈小”为“愈大”。
5.:
:
改“相同”为“相反”。
6.:
:
，改“常水”头为“降水头”或“变水头”。
7.,，每个网格的长宽比必须为定值。
8.V
9..,应将管涌与流土对调。
五、计算题
1.解：
如图3-1，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=90cmhc=90cm
（2）已知.：
hbc=30%.hac，而'：
hac由图2-16知，为30cm所以
Lhbc=30%：
—hac=0.330=9cm
hb=hc-.hbc=90-9=81cm
又；Zb=30cm,故hwb=hb-zb=81-30=51cm
（3）已知k2=0.05cm/s,q/A=k2i2=k2：
=hbc/L2=0.059/30=0.015cm/s/cm=0.015cm/s
（4）vi1=hab/L1=（Jhac-.lhbc）/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/s
2.解：
分析：
如图3-2，砂土为透水土层，厚6m上覆粘土为不透水土层，厚5m因为粘土层不透水，所以任意位置处的过水断面的高度均为砂土层的厚度，即
6m。
题目又给出了n=15m,r2=30m,h1=8mh2=8.5m。
q~kAi-k-2^6——
由达西定律的公式知，亠心，可改写为：
学竺=12加曲，积分后得到：
曲工=12观（為-和
尸4
带入已知条件，得到：
k=In—=In—=3.68xl0'4m/s=368xl0'5cm/s
12班&-幼12^（8.5-8）15
本题的要点在于对过水断面的理解。
另外，还有个别同学将In当作了lg。
3.解：
（1）设所求值为丄；，砂样I和砂样n的高度分别为匚和匚。
因各断面的渗流速度相等，故有
60x1x40
2x40+1x40
20cm
（2）砂与砂界面处的单位渗流量q为:
q-vA-kyi.A-k.—A-0.2x—x200二2Qcm^Is[_L40
4.解：
k=^-='IWO二6.5xW3c^/s
Aht—x752xS.3x60
4
5.解：
6.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:
因为试验时的温度为标准温度，故不作温度修正。
咕卩爲=10x9=9咖
耳二儿如=1°灯二90如
C点位于板桩底部，该点的水头损失为：
h
9「1
AA=—x£
1=x4=4^
8
该点的孔压为:
（2）地基的单位渗水量:
7.解:
（1）
因为，所以不会发生流砂。
⑵
（0=10=0.87
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