土力学课件(清华大学)2PPT推荐.ppt

1、渗流量？2.渗透破坏？渗透破坏？3.渗透力？渗透力？工程实例工程实例仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水板桩围护下的基坑渗流板桩围护下的基坑渗流2.1 2.1 概述概述-渗流问题渗流问题渗流问题：3.渗水压力？渗水压力？透水层透水层不透水层不透水层基坑基坑板桩墙板桩墙工程实例工程实例仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水渗流问题：1.渗流量渗流量Q？2.降水深度？降水深度？透水层透水层不透水层不透水层天然水面天然水面水井渗流水井渗流漏斗状潜水面漏斗状潜水面Q2.1 2.1 概述概述-渗流问题渗流问题仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水渗流问题：2.地下水影响地下水影响范围？范围？渠道、河流渗流渠道、河

2、流渗流2.1 2.1 概述概述-渗流问题渗流问题原地下水位原地下水位渗流时地下水位渗流时地下水位仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水2.1 2.1 概述概述-渗流问题渗流问题降雨入渗引起的滑坡降雨入渗引起的滑坡渗流问题：1.渗透力？2.入渗过程？入渗过程？事故实例事故实例仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水渗流量渗流量扬压力扬压力渗水压力渗水压力渗透破坏渗透破坏渗流速度渗流速度渗水面位置渗水面位置挡水建筑物挡水建筑物集水建筑物集水建筑物引水结构物引水结构物基础工程基础工程地下工程地下工程边坡工程边坡工程渗透特性变形特性强度特性土的渗透特性土的渗透特性2.1 2.1 概述概述-土渗流特性土渗流特性2

3、.1 2.1 概述概述 2.2 2.2 土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律 2.3 2.3 平面渗流与流网平面渗流与流网2.4 2.4 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形 第二章：土的渗透性和渗流问题仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水2.2 2.2 土的渗流性与渗透规律土的渗流性与渗透规律F水头与水力坡降水头与水力坡降F土的渗透试验与土的渗透试验与达西定律达西定律F渗透系数的测定渗透系数的测定及影响因素及影响因素F层状地基的等效层状地基的等效渗透系数渗透系数土的渗透性与渗透规律土的渗透性与渗透规律渗流的驱动能量渗流的驱动能量反映渗流特点的定律反映渗流特点的定律土的渗透性土的渗透性地基的渗透

4、系数地基的渗透系数仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水n位置水头：位置水头：到基准面的竖直距离，到基准面的竖直距离，代表单位重量的液体从基准面算起代表单位重量的液体从基准面算起所具有的位置势能所具有的位置势能n压力水头：压力水头：水压力所能引起的自由水压力所能引起的自由水面的升高，表示单位重量液体所水面的升高，表示单位重量液体所具有的压力势能具有的压力势能n测管水头：测管水头：测管水面到基准面的垂测管水面到基准面的垂直距离，等于位置水头和压力水头直距离，等于位置水头和压力水头之和，表示单位重量液体的总势能之和，表示单位重量液体的总势能n在静止液体中各点的测管水头相等在静止液体中各点的测管水头相等

5、2.2 2.2 土的渗流性与渗透规律土的渗流性与渗透规律位置、压力和测管水头位置、压力和测管水头zA00ABu0pazB基准面基准面静水静水仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水2.2 2.2 土的渗流性与渗透规律土的渗流性与渗透规律水流动的驱动力水流动的驱动力水往低处流水往低处流水往高处水往高处“跑跑”速度速度v压力压力u位置：位置：使水流从位置势能使水流从位置势能高处流向位置势能低处高处流向位置势能低处流速：流速：水具有的动能水具有的动能压力：压力：水所具有的压力势能水所具有的压力势能也可使水流发生流动也可使水流发生流动仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水n位置势能：位置势能：mgzn压力势能：

6、压力势能：00基准面基准面质量质量m压力压力u流速流速vzn动能：动能：n总能量：总能量：称为总水头，是水流动称为总水头，是水流动的驱动力的驱动力n单位重量水流的能量：单位重量水流的能量：2.2 2.2 土的渗流性与渗透规律土的渗流性与渗透规律水流动的驱动力水流动的驱动力-水头水头仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水渗流中的水头与水力坡降渗流中的水头与水力坡降2.2 2.2 土的渗流性与渗透规律土的渗流性与渗透规律ABL透水层透水层不透水层不透水层基坑基坑板桩墙板桩墙渗流为水体的流动，应满渗流为水体的流动，应满足液体流动的三大基本方足液体流动的三大基本方程：连续性方程、能量方程：连续性方程、能量

7、方程、动量方程程、动量方程仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水2.2 2.2 土的渗流性与渗透规律土的渗流性与渗透规律ABLhAzA基准面基准面n 总水头：总水头：单位单位重量重量水体所具有的能量水体所具有的能量 位置水头位置水头Z Z：水体的位置势能（任选基准面）：水体的位置势能（任选基准面）压力水头压力水头u/w：水体的压力势能（：水体的压力势能（u孔隙水压力）孔隙水压力）流速水头流速水头V2/（2g）：水体的动能（对渗流多处于层流：水体的动能（对渗流多处于层流0）n 渗流的总水头：渗流的总水头：渗流问题的水头渗流问题的水头也称也称测管水头测管水头，是渗流的，是渗流的总驱动能，渗流总是从水总

8、驱动能，渗流总是从水头高处流向水头低处头高处流向水头低处仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水 A A点总水头：点总水头：2.2 2.2 土的渗流性与渗透规律土的渗流性与渗透规律水力坡降水力坡降ABLhAhBzAzBh h基准面基准面水力坡降线水力坡降线 B B点总水头：二点总水头差：反映了二点总水头差：反映了两点间水流由于摩阻力两点间水流由于摩阻力造成的能量损失造成的能量损失水力坡降水力坡降i：单位渗流长度上的水头损失：单位渗流长度上的水头损失仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水达西渗透试验达西渗透试验2.2 2.2 土的渗流性与渗透规律土的渗流性与渗透规律LAh1h2QQ透水石1856年达西年达

9、西（Darcy）在研究城在研究城市供水问题时进行的渗流试验市供水问题时进行的渗流试验或：或：其中，其中，A是试样的断面积是试样的断面积仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水达西定律达西定律2.2 2.2 土的渗流性与渗透规律土的渗流性与渗透规律n达达西西定定律律：在在层层流流状状态态的的渗渗流流中中，渗渗透透速速度度v与与水水力力坡坡降降i的一次方成正比，并与土的性质有关的一次方成正比，并与土的性质有关n渗渗透透系系数数k:反反映映土土的的透透水水性性能能的的比比例例系系数数，其其物物理理意意义义为为水力坡降水力坡降i1时的渗流速度，单位：时的渗流速度，单位：cm/s,m/s,m/dayn渗渗透透

10、速速度度v：土土体体试试样样全全断断面面的的平平均均渗渗流流速速度度，也也称称假假想想渗流速度渗流速度其中，其中，V Vs s为实际平均流速，孔隙断面的平均流速为实际平均流速，孔隙断面的平均流速仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水达西定律的适用范围达西定律的适用范围2.2 2.2 土的渗流性与渗透规律土的渗流性与渗透规律n 适用条件：层流（线性流动）适用条件：层流（线性流动）岩土工程中的绝大多数渗流岩土工程中的绝大多数渗流问题，包括砂土或一般粘问题，包括砂土或一般粘土，均属层流范围土，均属层流范围在粗粒土孔隙中，水流形态在粗粒土孔隙中，水流形态可能会随流速增大呈紊流可能会随流速增大呈紊流状态，渗

11、流不再服从达西状态，渗流不再服从达西定律。可用雷诺数进行判定律。可用雷诺数进行判断断 ：00.51.01.52.02.5达西定律达西定律适用范围适用范围2.01.51.00.50水水力力坡坡降降流速流速（m/h）砾石砾石粗砂粗砂中砂中砂细砂细砂极细砂极细砂h10dvRe=Re5时层流时层流Re200时紊流时紊流200 Re 5时为过渡区时为过渡区 仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水达西定律的适用范围达西定律的适用范围2.2 2.2 土的渗流性与渗透规律土的渗流性与渗透规律在纯砾以上的很粗的粗粒土如堆在纯砾以上的很粗的粗粒土如堆石体中，在水力坡降较大时，达石体中，在水力坡降较大时，达西定律不再适

12、用，此时：西定律不再适用，此时：ivoi0n 两种特例两种特例对致密的粘性土，存在起始水力对致密的粘性土，存在起始水力坡降坡降i i0 0？ivovcrii0,v=k（i-i0）仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水渗透系数的测定方法渗透系数的测定方法 常水头试验法常水头试验法变水头试验法变水头试验法 井孔抽水试验井孔抽水试验井孔注水试验井孔注水试验2.2 2.2 土的渗流性与渗透规律土的渗流性与渗透规律F室内试验方法室内试验方法F野外试验方法野外试验方法仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水室内试验方法室内试验方法-常水头试验法常水头试验法n 试验条件试验条件:h，A，L=constn量测变量量测变

13、量:体积体积V，tn 适用土类：透水性较大的砂性土适用土类：透水性较大的砂性土2.2 2.2 土的渗流性与渗透规律土的渗流性与渗透规律i=h/LV=Qt=vAtv=kihL土样土样AVQ仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水室内试验方法室内试验方法-变水头试验法变水头试验法n 试验条件试验条件:h变化化A，a，L=constn量测变量量测变量:h，tn 适用土类：透水性较小适用土类：透水性较小 的粘性土的粘性土2.2 2.2 土的渗流性与渗透规律土的渗流性与渗透规律土样土样At=t1h1t=t2h2LQ水头水头测管测管开关开关a仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水土样土样At=t1t=t2h1h2LQ水头水头测管测管开关开关在在tt+dt时段内：时段内：入流量入流量：dVe=-adh 出流量：出流量：dVo=kiAdt=k（h/L）Adt 连续性条件：连续性条件：dVe=dVo-adh=k（h/L）Adthdhtt+dt2.2 2.2 土的渗流性与渗透规律土的渗流性与渗透规律室内试验方法室内试验方法-变水头试验法变水头试验法选择几组量测结果选择几组量测结果，计算相应的，计算相应的k，取平均值，取平均值仁者乐山仁者乐山 智