土力学完整课件土的渗透性.pptx
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1、土力学完整课件土的渗透性渗流量渗透变形土石坝防渗斜墙及铺盖防渗斜墙及铺盖浸润线透水层不透水层土石坝坝基坝身渗流渗流量渗透变形透水层透水层不透水层不透水层基坑基坑板桩墙板桩墙板桩围护下得基坑渗流第6次课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Q渗流量渗流量原地下水位渗流时地下水位渠道渗流Teton坝坝损失损失:直接直接80008000万美元万美元,起诉起诉55005500起起,2 2、5 5亿美元亿美元,死死1414人人,受灾受灾2 2、5 5万人万人,6060万亩土地万亩土地,3232公里铁路公里铁路原因原因:管涌管涌土坝位于美国土坝位于美国Idaho州州Teto
2、n河上河上,防洪、灌溉、发电、防洪、灌溉、发电、旅游综合利用旅游综合利用,装机装机16MW,最大坝高最大坝高126、5m,坝顶长坝顶长945m。建于建于1972-751972-75年年,75,75年年1111月开始蓄水月开始蓄水,7676年春洪水年春洪水期间水位迅速上升期间水位迅速上升,达达1 1、2m/d2m/d。6 6月月5 5日上午日上午11:5511:55发生溃发生溃坝。下图就是现在得景象坝。下图就是现在得景象Teton坝坝1976年6月5日上午10:30左右,下游坝面有水渗出并带出泥土。Teton坝坝1111:0000左右洞口不断扩大并向坝顶靠近,泥水流量增加TetonTeton坝坝
3、11:30洞口继续向上扩大,泥水冲蚀了坝基,主洞得上方又出现一渗水洞。流出得泥水开始冲击坝趾处得设施。10大家应该也有点累了,稍作休息大家有疑问的,可以询问和交流大家有疑问的,可以询问和交流大家有疑问的,可以询问和交流大家有疑问的,可以询问和交流11:50左右洞口扩大加速,泥水对坝基得冲蚀更加剧烈。TetonTeton坝坝11:57 坝坡坍塌,泥水狂泻而下TetonTeton坝坝12:00过后坍塌口加宽TetonTeton坝坝洪水扫过下游谷底,附近所有设施被彻底摧毁TetonTeton坝坝失事现场目前得状况TetonTeton坝坝2-2 达西定律1856年法国学者达西对年法国学者达西对砂土得渗
4、透性进行研究砂土得渗透性进行研究结论结论:(水在土中得水在土中得)渗透速度与渗透速度与水力梯度成正比。水力梯度成正比。v=ki达西定律达西定律水头梯度水头梯度,即沿渗流方向单即沿渗流方向单位位距离得水头损失距离得水头损失 一、达西定律得内容一、达西定律得内容水头梯度又称水力梯度水力梯度、水水力坡降力坡降。n二、达西定律适用范围二、达西定律适用范围达西定律达西定律讨论讨论:砂土中得渗透速度与砂土中得渗透速度与水头梯度呈线性关系水头梯度呈线性关系 密实得黏土密实得黏土,需要克服需要克服结合水膜得黏滞阻力结合水膜得黏滞阻力后才能发生渗透后才能发生渗透;同时同时渗透系数与水头梯度渗透系数与水头梯度呈非
5、线性关系。呈非线性关系。ib起始水起始水力坡降力坡降虚直线简化虚直线简化达西定律适用于层达西定律适用于层流,不适用于紊流流,不适用于紊流v=kiivO O砂土砂土0iv密实黏土密实黏土水头:单位重量得水所具有得能量。水力梯度(坡降)总水头线总水头势水头压力水头动水头三、渗透系数及其确定方法渗透试验渗透试验(室内室内)时间时间 t 内流出得水量内流出得水量1 1、常水头试验常水头试验整个试验过程中整个试验过程中水头保持不变水头保持不变 适用于透水性大适用于透水性大(k10-3cm/s)得土得土,例例如砂土。如砂土。h 2、变水头试验整个试验过程水头随时间变化 截面面积截面面积a任一时刻任一时刻t
6、 t得水头差为得水头差为h,经时段经时段dt后后,细玻璃管中水位降落细玻璃管中水位降落dh,在时段在时段dt内管内减少得水量内管内减少得水量 dV=adh 在时段在时段dt 内流经试样得水量内流经试样得水量 dV=kiAdt=kAh/Ldt 管内减少水量流经试样水量 adh=kAh/Ldt 分离变量 积分 适用于透水性差,渗透系数小得黏性土 n四、影响渗透系数得因数四、影响渗透系数得因数1、土粒大小与级配土粒大小与级配 细粒含量愈多细粒含量愈多,土得渗透性愈小土得渗透性愈小,例如砂土中粉粒及黏粒含量愈例如砂土中粉粒及黏粒含量愈多时多时,砂土得渗透系数就会大大减小。砂土得渗透系数就会大大减小。2
7、、土得密实度土得密实度 3、水得温度水得温度 同种土在不同得密实状态下具有不同得渗透系数同种土在不同得密实状态下具有不同得渗透系数,土得密实度增土得密实度增大大,孔隙比降低孔隙比降低,土得渗透性也减小。土得渗透性也减小。水温愈高水温愈高,水得动力黏滞系数愈小水得动力黏滞系数愈小,土得渗透系数则愈大。常以水土得渗透系数则愈大。常以水温为温为10C10C时时k k1010作为标准值。作为标准值。4、土中封闭气体含量土中封闭气体含量 土中封闭气体阻塞渗流通道土中封闭气体阻塞渗流通道,使土得渗透系数降低。封闭气体含使土得渗透系数降低。封闭气体含量愈多量愈多,土得渗透性愈小。土得渗透性愈小。T、10分别
8、为分别为T和和10时水时水得动力黏滞系数得动力黏滞系数,可查表可查表 n五、成层土得渗透系数五、成层土得渗透系数1、水平渗透系数水平渗透系数 通过整个土层得总渗流量通过整个土层得总渗流量qx应为各土层渗流量之总和应为各土层渗流量之总和 达西定律达西定律整个土层与层面平整个土层与层面平行得等效渗透系数行得等效渗透系数 平均渗透系数平均渗透系数即为厚度加权平均值在在z轴方向取轴方向取1延米土体来分析延米土体来分析2、竖直渗透系数竖直渗透系数 根据渗透水流连续条件根据渗透水流连续条件,通过整个土通过整个土层得渗流量等于通过各土层得渗流层得渗流量等于通过各土层得渗流量量 竖直渗透系数竖直渗透系数第第j
9、 j层土得水力坡降为层土得水力坡降为ij,总得水总得水力坡降为力坡降为i 总水头损失等于各层水总水头损失等于各层水头损失之和头损失之和 整个土层与层面垂直整个土层与层面垂直得等效渗透系数得等效渗透系数 (2)(3)(2)式代入式代入(3)式整理后式整理后,得得(1)例题分析例题分析n【例】设做变水头渗透试验得黏土试样得截面积为设做变水头渗透试验得黏土试样得截面积为30cm2,厚度为厚度为4cm,渗透仪细玻璃管得内径为渗透仪细玻璃管得内径为0、4cm,试验开始时得水位差为试验开始时得水位差为160cm,经时段经时段15分钟分钟后后,观察得水位差为观察得水位差为52cm,试验时得水温为试验时得水温
10、为30,试试求试样得渗透系数求试样得渗透系数 【解解】已知试样截面积已知试样截面积A=30cm2,渗径长度渗径长度L=4cm,细玻璃管得内截面细玻璃管得内截面积积 h1=160cm,h2=52cm,t=900s 试样在试样在30时得渗透系数时得渗透系数 2-3 渗透力与渗透变形n一、渗透力和临界水力坡降一、渗透力和临界水力坡降1、渗透力渗透力GD D渗透水流作用在单位体积土体中土颗粒上得渗透水流作用在单位体积土体中土颗粒上得力。其方向与渗流方向一致力。其方向与渗流方向一致,单位单位:kN/m3。又称动水力或渗流力。又称动水力或渗流力h2h1h21L水流流经这段土体水流流经这段土体,受到土颗受到
11、土颗粒得阻力粒得阻力T,T为渗透力为渗透力GD得反得反作用力作用力、水在土体中流动时要受到土粒得阻力作用,反过来土粒也必然作用着一个反作用力,这就就是渗透力。以长度L范围内得水体作为脱离体P1P2TAL由脱离体静力平衡条件有特别注意特别注意:GD就是体积力就是体积力,作用在土作用在土粒骨架上粒骨架上,方向与渗流方向一致。方向与渗流方向一致。渗透力的存在,将使土体内部受力发生变化,这种变化对渗透力的存在,将使土体内部受力发生变化,这种变化对土体稳定性有显著的影响土体稳定性有显著的影响abc渗透力方向与渗透力方向与重力一致重力一致,促促使土体压密、使土体压密、强度提高强度提高,有有利于土体稳定利于
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