《《土力学与土质学》》：第2章 土中水的运动规律

土力学与土质学 (第2章)

土力学与土质学 (第2章）

土中水的运动规律工程背景 土中水并非处于静止不变的状态,而是运动着 的。土中水的运动原因和形式很多,例如: ●在重力的作用下,地下水流动(渗透问题) ●由于表面现象产生的水分移动(毛细现象) ●在土颗粒分子引力作用下结合水移动(冻结) ●由于孔隙离子浓度的差别产生的渗附现象。 土中水运动对许多工程实践问题,如流砂、 冻胀、渗透固结、渗透时边坡稳定等

土中水的运动规律——工程背景 土中水并非处于静止不变的状态，而是运动着 的。土中水的运动原因和形式很多，例如： ●在重力的作用下，地下水流动（渗透问题）； ●由于表面现象产生的水分移动（毛细现象）； ●在土颗粒分子引力作用下结合水移动（冻结）； ● 由于孔隙离子浓度的差别产生的渗附现象。 土中水运动对许多工程实践问题，如流砂、 冻胀、渗透固结、渗透时边坡稳定等

第2章土中水的运动规律 学习要求: 掌握土的渗透定律与渗透力计算方法,具备对地 基渗透变形进行正确分析的能力。 掌握土的渗透定律、土中渗流量计算; 2.了解二维渗流及流网绘制、掌握土中水的渗 透力与地基渗透变形分析 基本内容: 2.1土的毛细性 2.2土的滲透性 2.3动水压力及流砂现象 2.4流网及其应用

第2章 土中水的运动规律 学习要求： 掌握土的渗透定律与渗透力计算方法，具备对地 基渗透变形进行正确分析的能力。 1．掌握土的渗透定律、土中渗流量计算； 2. 了解二维渗流及流网绘制、掌握土中水的渗 透力与地基渗透变形分析. 基本内容： 2.1 土的毛细性 2.2 土的渗透性 2.3 动水压力及流砂现象 2.4 流网及其应用

2.1土的毛细性 土的毛细性是指能够产生毛细现象的性质 土的毛细现象是指土中水在表面张力作用下,沿着细的 孔隙向上及其它方向移动的现象。 毛细现象在以下四个方面对工程有影响: (1)毛细水的上升是引起路基冻害因素之一; (2)对建筑毛细水上升引起地下室过分潮湿; 3)毛细水的上升可能引起土地的沼泽化和盐渍化; (4)当地下水有浸蚀性时,毛细水上升对建筑物和构筑 物的基础中的混凝土、钢筋等形成浸蚀作用

2.1 土的毛细性 土的毛细性是指能够产生毛细现象的性质。 土的毛细现象是指土中水在表面张力作用下，沿着细的 孔隙向上及其它方向移动的现象。 毛细现象在以下四个方面对工程有影响： （1）毛细水的上升是引起路基冻害因素之一； （2）对建筑毛细水上升引起地下室过分潮湿； （3）毛细水的上升可能引起土地的沼泽化和盐渍化； （4）当地下水有浸蚀性时，毛细水上升对建筑物和构筑 物的基础中的混凝土、钢筋等形成浸蚀作用

土层中毛细水分布 土层中由于毛细现象所润湿的范围称为毛细水带, 根据其形成条件和分布状况分成3带: (1)正常毛细水带(毛细饱和带)。位于毛细 水带的下部,与地下潜水相通。主要是由潜水 面直接上升而形成的。随水位升降而移动 (2)毛细网状水带。位于毛细水带的中部,可 在表面张力和重力作用下移动。 要是由地表水渗入而成的。在重力作用下移动

土层中毛细水分布 土层中由于毛细现象所润湿的范围称为毛细水带， 根据其形成条件和分布状况分成3带： （1）正常毛细水带（毛细饱和带）。位于毛细 水带的下部，与地下潜水相通。主要是由潜水 面直接上升而形成的。随水位升降而移动。 （2）毛细网状水带。位于毛细水带的中部，可 在表面张力和重力作用下移动。 （3）毛细悬挂水带。位于毛细水带的上部，主 要是由地表水渗入而成的。在重力作用下移动

地下水上升原理 毛细水的上升是由于液体的“表面张力”和毛细管的 “湿润现象”产生的 由于液体与空气的分界面上存在 着表面张力,因而在液体表面表 面任意划一条线,线两侧的液体 都会和拢;另外,毛细管管壁的 分子和水分子之间有引力作用, 这个引力使与管壁接触部分的水 面呈向上弯曲状,这种现象称为~图32毛管中水柱的上升

地下水上升原理 由于液体与空气的分界面上存在 着表面张力，因而在液体表面表 面任意划一条线，线两侧的液体 都会和拢；另外，毛细管管壁的 分子和水分子之间有引力作用， 这个引力使与管壁接触部分的水 面呈向上弯曲状，这种现象称为~ 毛细水的上升是由于液体的“表面张力”和毛细管的 “湿润现象”产生的

2.2土的渗透性 ※存在于地基中的地下水,在一定的压力差作 用下,将透过土中孔隙发生流动,这种现象 称为渗流或渗透 ※下面讨论四个问题: 渗透模型; 2.层流渗透定律; 3.渗透系数的确定; 4.动水压力及流砂现象

2.2 土的渗透性 ※存在于地基中的地下水，在一定的压力差作 用下，将透过土中孔隙发生流动，这种现象 称为渗流或渗透。 ※下面讨论四个问题： 1.渗透模型 ； 2. 层流渗透定律； 3.渗透系数的确定； 4.动水压力及流砂现象

渗透模型 考虑到实际工程可对渗流作如下简化:一是 不考虑渗流路径的迂回曲折;二是不考虑土体 中颗粒的影响,这种假想的渗流模型 (1)模型的流量等于真实的流量 (2)模型的压力等于真实的压力 (3)模型所受到的阻力与真实渗 流所受到的阻力相等 a水迕土孔隙中的远动(b)橡流核 对于渗透速度,用单位时间内通过土体单位面 积的水量这种平均渗透速度来代替真实速度

渗透模型 (1) 模型的流量等于真实的流量； (2) 模型的压力等于真实的压力 (3) 模型所受到的阻力与真实渗 流所受到的阻力相等。 考虑到实际工程可对渗流作如下简化：一是 不考虑渗流路径的迂回曲折；二是不考虑土体 中颗粒的影响，这种假想的渗流模型 对于渗透速度，用单位时间内通过土体单位面 积的水量这种平均渗透速度来代替真实速度

层流渗透定律 装置中①是面积为4的直立圆0-王 筒,其侧壁装有两支相距为L 的侧压管。滤板②填放颗粒均 匀的砂土。水由上端注入圆筒 多余的水从溢水管③溢出,使 筒内的水位维持恒定。渗透过 砂层的水从短水管④流入量杯 ⑤中,并以此来计算渗流量Q m(4 (2 得出:流量Q与过水面积A和 水头(h1-h2)成正比与渗透路 径L成反比,即达西定律 达西渗透实验装置 Q=KA(h-h/L

层流渗透定律 装置中①是面积为A的直立圆 筒，其侧壁装有两支相距为L 的侧压管。滤板②填放颗粒均 匀的砂土。水由上端注入圆筒， 多余的水从溢水管③溢出，使 筒内的水位维持恒定。渗透过 砂层的水从短水管④流入量杯 ⑤中，并以此来计算渗流量Q。 得出：流量Q与过水面积A和 水头（h1 -h2）成正比与渗透路 径L成反比，即达西定律： Q=KA (h1 -h2 )/L 达西渗透实验装置

达西定律的适用范围 达西定律是由砂质土体实验得到的,后来推广 应用于其他土体如粘土和具有细裂隙的岩石等 0 层流⑩紊流 (a)细粒土的U1关系(b)粗粒土的U-i系 ①砂土、一般粘土;②颗粒极细的粘土

达西定律的适用范围 达西定律是由砂质土体实验得到的，后来推广 应用于其他土体如粘土和具有细裂隙的岩石等。 (a) 细粒土的v-i关系 (b) 粗粒土的v-i关系 ①砂土、一般粘土 ;②颗粒极细的粘土