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1、会计学1工学土中水的运动规律工学土中水的运动规律第三章：土中水的运动规律第三章：土中水的运动规律n n 概述n n第一节 土的毛细性n n第二节 达西定律n n第二节 渗透力与渗透变形第1页/共40页分布在土粒内部相分布在土粒内部相互贯通的孔隙可以互贯通的孔隙可以看成许多形状不一、看成许多形状不一、直径互异、彼此连直径互异、彼此连通的毛细管通的毛细管土中毛细现象土中毛细现象毛细性毛细性概述概述第2页/共40页渗渗透透性性孔隙水在水头差作用下渗透：水透过土体孔隙的现象 渗透性：土允许水透过的性能称为土的渗透性 造成水量损失，影响工程效益 引起土体内部应力状态的变化，从而改变水土建筑物或地基的稳定
2、条件，甚者还会酿成破坏事故 本章将主要讨论土的毛细性；水在土体中的渗透性及渗透规律。概述第3页/共40页实例实例 Teton坝坝n n位于美国Idaho州Teton河上，是一座防洪、发电、旅游、灌溉等综合利用工程。土质肥心墙坝。最大坝高126.5m。第4页/共40页概述Teton坝坝概况：概况：土坝，高土坝，高90m90m，长，长1000m1000m，建于，建于1972-751972-75年，年，19761976年年6 6月失事月失事损失：损失：直接直接80008000万美元，起诉万美元，起诉55005500起，起，2.52.5亿美元，亿美元，死死1414人，受灾人，受灾2.52.5万人，万人
3、，6060万亩土地，万亩土地，3232公里铁公里铁路路原因：原因：渗透破坏水力劈裂渗透破坏水力劈裂实例实例第5页/共40页概述Teton坝坝19761976年年6 6月月5 5日上午日上午10:3010:30左右，下游坝左右，下游坝面有水渗出并面有水渗出并带出泥土。带出泥土。实例实例第6页/共40页概述Teton坝坝1111：0000左右左右洞口不断扩洞口不断扩大并向坝顶大并向坝顶靠近，靠近，泥水泥水流量增加流量增加实例实例第7页/共40页概述TetonTeton坝坝11:3011:30洞口继续向上扩大，洞口继续向上扩大，泥水冲蚀了坝基，泥水冲蚀了坝基，主洞的上方又出现主洞的上方又出现一渗水洞
4、。流出的一渗水洞。流出的泥水开始冲击坝趾泥水开始冲击坝趾处的设施。处的设施。实例实例第8页/共40页1111：5050左右左右洞口扩大加速，洞口扩大加速，泥水对坝基的冲泥水对坝基的冲蚀更加剧烈。蚀更加剧烈。TetonTeton坝坝概述实例实例第9页/共40页概述11:57 11:57 坝坡坍塌，坝坡坍塌，泥水狂泻而下泥水狂泻而下TetonTeton坝坝实例实例第10页/共40页概述洪水扫过下游洪水扫过下游谷底，附近所谷底，附近所有设施被彻底有设施被彻底摧毁摧毁TetonTeton坝坝实例实例第11页/共40页 Teton大坝破坏过程示大坝破坏过程示意图意图 第12页/共40页第一节：土的毛细性
5、第一节：土的毛细性n n毛细现象：土中水在表面张力的作用下，沿着细的孔隙向上及向其它方向移动的想象。n n工程影响n n引起路基冻害n n引起地下室潮湿n n引起沼泽化和盐渍化第13页/共40页一、土层中的毛细水带一、土层中的毛细水带n n1、正常毛细水带n n2、毛细网状水带n n3、毛细悬挂水带第14页/共40页二、毛细水上升高度及上升速度二、毛细水上升高度及上升速度分析对象分析对象:水柱水柱r2hcw=2rcos 上升高度上升高度:毛细升高与孔径成毛细升高与孔径成反比反比第15页/共40页三、毛细水压力三、毛细水压力分析对象分析对象:水膜水膜对砂土强度的影响对砂土强度的影响:毛细边角水毛
6、细边角水,假凝聚力假凝聚力第16页/共40页土的渗透性土的渗透性n n孔隙水（主要是重力水）在多孔介质中运动的规律n n（1）土中水渗透的基本规律n n（2）影响土渗透性的一些因素n n（3）动水力及流砂现象第17页/共40页第二节：达西定律第二节：达西定律1856年法国学者达西砂土的渗透性进行研究年法国学者达西砂土的渗透性进行研究结论：结论：水在土中的渗透水在土中的渗透速度与试样的水力梯度速度与试样的水力梯度成正比成正比v=Ki达西定律达西定律水力梯度，即沿渗流方水力梯度，即沿渗流方向单向单位距离的水头损失位距离的水头损失 第18页/共40页达西定律讨论达西定律讨论砂土呈线性关系砂土呈线性关
7、系 密实粘土，需要克服结密实粘土，需要克服结合水的粘滞阻力后才渗合水的粘滞阻力后才渗透透;同时还偏离达西定同时还偏离达西定律而呈非线性关系律而呈非线性关系 起始水力坡降起始水力坡降达西定律适用于层流，达西定律适用于层流，不适用于紊流不适用于紊流v=kiivO O砂土砂土J00iv密实粘土密实粘土虚直线简化虚直线简化第19页/共40页二、土的渗透系数二、土的渗透系数n n1、实验室测定n n（1）常水头n n（2）变水头常水头法常水头法适用于透水性强的适用于透水性强的无粘性土无粘性土。第20页/共40页（2）变水头）变水头变水头法适用于变水头法适用于透水性弱的粘性土透水性弱的粘性土第21页/共4
8、0页2、现场测定法、现场测定法第22页/共40页三、成层土的渗透系数三、成层土的渗透系数第23页/共40页四、影响土的渗透性的因素四、影响土的渗透性的因素n n1、土的粒度成分及矿物成分n n2、结合水膜厚度n n3、土的结构、构造n n4、水的粘滞度第24页/共40页第三节第三节 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形n n渗流所引起的稳定问题：（1）土体局部稳定问题，又称渗透变形问题（2）整体稳定问题。n n渗透力（动水力）的概念n n单位体积土体中土颗粒上的力n n水在土体中流动时，将会引起水头的损失。这种水头损失是由于水在土体孔隙中流动时，力图拖曳土粒而消耗能量的结果。第25页/共40页1、
9、动水力公式、动水力公式第26页/共40页2、流砂现象和管涌、流砂现象和管涌 基本类型 流砂管涌形成条件 防治措施 第27页/共40页流砂与管涌的比较流砂与管涌的比较流砂土体局部范围的颗粒同时发生移动管涌只发生在水流渗出的表层只要渗透力足够大，可发生在任何土中破坏过程短导致下游坡面产生局部滑动等现象现象位置位置土类土类历历时时后果后果土体内细颗粒通过粗粒形成的孔隙通道移动可发生于土体内部和渗流溢出处一般发生在特定级配的无粘性土或分散性粘土破坏过程相对较长导致结构发生塌陷或溃口第28页/共40页第29页/共40页形成条件形成条件流流砂砂管涌的形成较为复杂，管涌的形成较为复杂，和动水力大小、颗粒级配
10、有关和动水力大小、颗粒级配有关第30页/共40页3、渗流工程问题、渗流工程问题(1)地下水的浮托作用地下水对水位以下的土体产生静水压力和浮托力，并对建筑物基础产生浮托力(2)地下水的潜蚀作用在施工降水等活动过程中产生水头差，在渗透力作用下，将细颗粒冲走，破坏土的结构。通常产生于粉细砂、粉土地层中 第31页/共40页渗流工程问题渗流工程问题(3)流砂 在施工中能造成大量土体流动，使地表塌陷或地基破坏，影响建筑工程的稳定。通常易在粉细砂和粉土地层中产生，在地下水位以下的基坑开挖、埋设地下管道、打井等工程活动中常出现 第32页/共40页(4)基坑突涌 当基坑下部有承压水层时，开挖基坑减小了底板隔水层
11、的厚度，隔水层经受不住承压水头压力，就会冲毁基坑底板，这种现象称为基坑突涌第33页/共40页4.防渗处理措施防渗处理措施 1)水工建筑物渗流处理措施水工建筑物渗流处理措施n n原则：“上堵下疏”n n垂直截渗n n延长渗径，降低水力坡度，若能完全截断透水层，防渗效果更好。n n截渗墙、帷幕灌浆、板桩等第34页/共40页1)水工建筑物渗流处理措施水工建筑物渗流处理措施n n设置水平铺盖n n上游设置水平铺盖，与坝体防渗体连接，延长了水流渗透路径 粘土铺盖第35页/共40页1)水工建筑物渗流处理措施水工建筑物渗流处理措施n n设置反滤层 通畅水流，保护土体。砂垫层水位加筋土工布回填中粗砂抛石棱体第
12、36页/共40页排水减压排水减压 粘性土含水层减压井为减小下游渗透压力，在水工建筑物下游、基为减小下游渗透压力，在水工建筑物下游、基坑开挖时，设置减压井或深挖排水槽坑开挖时，设置减压井或深挖排水槽 1)水工建筑物渗流处理措施水工建筑物渗流处理措施第37页/共40页2)基坑开挖防渗措施采用明沟排水和井点降水的方法人工降低地下水位采用明沟排水和井点降水的方法人工降低地下水位在基坑内（外）设置排水沟、集水井，用抽水设备将地下水从排水沟或集水井排出原地下水位明沟排水原水位面一级抽水后水位二级抽水后水位多级井点降水要求地下水位降得较深，采用井点降水。在基坑周围布置一排至几排井点，从井中抽水降低水位 第38页/共40页设置板桩 沿坑壁打入板桩，它一方面可以加固坑壁，同时增加了地下水的渗流路径，减小水力坡降钢板桩水下挖掘 在基坑或沉井中用机械在水下挖掘，避免因排水而造成流砂的水头差。为了增加砂的稳定性，也可向基坑中注水，并同时进行挖掘 2)基坑开挖防渗措施第39页/共40页感谢您的观看。感谢您的观看。第40页/共40页