《土力学与地基基础》课程教学课件（PPT讲稿）第二章 土的渗透性和渗流问题 第一节 概述 第二节 土的渗透性

第二章土的渗透性和渗流问题第一节 概述土的渗透问题主要研究三个内容：渗流量问题、渗透变形问题和渗流控制问题，水在士体孔隙中流动的现象称为渗流土具有被水等液体透过的性质称为土的渗透性。1

1 第二章 土的渗透性和渗流问题 第一节 概述 ◼ 土的渗透问题主要研究三个内容：渗流 量问题、渗透变形问题和渗流控制问题。 ◼ 水在土体孔隙中流动的现象称为渗流； 土具有被水等液体透过的性质称为土的 渗透性

土坝漫润线渗流时地下水位不透水层参流前地下水位(a）坝身及坝基中的渗流(b）渠道渗流板桩墙基坑天然水面凝斗状潜水面不透水层相对不透水层c）板桩围护下的基坑渗流(d)水井渗流图2-1渗流示意图

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第二节土的渗透性一、达西定律（一维渗流计算）（一）渗流中的总水头与水力坡降3

3 第二节 土的渗透性 一、达西定律（一维渗流计算） （一）渗流中的总水头与水力坡降

按照伯努里方程有：12(2-1)h=z+Yw2g式中，h为液流中某一点的总水头(m)；z为位置水头(m)；u为水压力(kN/m2)，w为水的容重(kN/m3)；" 压力水头(m)；v为渗流流速(m/s)；g为重力加速度(m/s2)；22g为流速水头(m)。N

4 ◼ 按照伯努里方程有： 式中， h为液流中某一点的总水头(m)；z为 位置水头(m)；u为水压力(kN/m2 )，w为 水的容重(kN/m3 )； 压力水头(m) ；v为 渗流流速(m/s)；g为重力加速度(m/s2 )； 为流速水头(m)。 w u  (2 -1) 2 2 g u v h z w = + +  g v 2 2

Ah水力坡降线UBYR2ZB基准面图2-2渗流中的位置、压力和总水头5

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对图2一2表示的渗流，A、B两点的总水头可分别表示为：2u2gYw2UBVBhB= ZB +2gYw两者之间的关系为hA=hB+△h式中，△h为A、B二点间的总水头差。6

6 ◼ 对图 2－2表示的渗流，A、B两点的总水头可 分别表示为： ◼ 两者之间的关系为 式中， 为A、B二点间的总水头差。 g u v h z g u v h z B w B B B A w A A A 2 2 2 2 = + + = + +   hA = hB + h h

■式中：Z和Zβ代表单位重量液体所具有的位能即位置水头。u和u分别为A和B两点的孔隙水压力(kN/m2),代表单位重量液体所具有的压力势能。u/w和uB/w分别代表A、B两点孔隙水压力的水柱高度，称为压力水头。VA和vVB分别为A点和B点处的渗流流速(m/s)。v2/(2g)代表单位重量液体所具有的动能即流速水头。h和hp分别代表A点和B点单位重量液体所具有的总机械能即总水头。7

7 ◼ 式中： ZA和ZB代表单位重量液体所具有的位能即位置水 头。 uA和uB分别为A和B两点的孔隙水压力(kN/m2 )， 代表单位重量液体所具有的压力势能。uA/w和 uB/w分别代表A、B两点孔隙水压力的水柱高 度，称为压力水头。 vA和vB分别为A点和B点处的渗流流速(m/s)。 v 2 /(2g)代表单位重量液体所具有的动能即流速 水头。 hA和hB分别代表A点和B点单位重量液体所具有的 总机械能即总水头

■位置水头与压力水头之和z+=禾称为测管水头。■水力坡降为单位渗流长度上的水头损失即△hi=L式中，i为水力坡降；L为A、B两点间的渗流途径长度；△h为通过渗流长度为L时的水头损失。8

8 ◼ 位置水头与压力水头之和 称为测管 水头。 ◼ 水力坡降为单位渗流长度上的水头损失， 即 式中，i为水力坡降；L为A、B两点间的渗 流途径长度；h为通过渗流长度为L时的 水头损失。 w u z  + L h i  =

（二）渗透试验与达西定律（1856）图2-5达西渗透试验装置

9 （二）渗透试验与达西定律(1856)

达西定律表达式：(2-8)Q= kAi或Q= ki(2 -9)V:A■式中，Q为渗出水流量[L3T1]；A为过水断面积[L2]；i为水力坡降[LL-1]；v为断面平均渗透速度[LT1]；k为土的渗透系数[L T-1]。10

10 ◼ 达西定律表达式： 或 ◼ 式中， Q为渗出水流量[L3 T-1 ]；A为过水 断面积[L2 ]；i为水力坡降[L L-1 ] ；v为断 面平均渗透速度[L T-1 ]；k为土的渗透系 数[L T-1 ]。 Q = kAi (2 -8) k i (2 -9) A Q v = =