土的物理性质及渗透性(新版) PPT课件
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土壤的基本性状(物理性)省公开课一等奖全国示范课微课金奖PPT课件
土壤孔性数量指标 1、土壤孔隙度 土壤孔隙容积占整个土壤容积百分数。
孔隙容积
孔隙度%=
×100
土壤容积
容重
孔隙度%= （1－ 比重 ）×100
2、孔隙比 指土壤中孔隙容积与土粒容积比值。
土壤孔隙度
孔隙比= 1-土壤孔隙度
第6页
三、土壤孔隙类型 （1）非活性孔隙（无效孔隙） 土壤最细小孔隙 当量孔径﹤0.002mm，土壤水吸力＞1.5bar， 该类孔隙充满无效水，根毛难以进入，微生物亦难进入， 在粘质土壤中此孔较多，板结土壤此孔也较多。 （2）毛管孔隙 该孔隙直径d=0.002mm~0.02mm，具毛管 作用，土壤水吸力1.5 ~0.15bar, 壤土和结构好土壤此孔较 多。 （3）通气孔隙（非毛管孔隙）孔隙直径 d＞0.02mm，这 类孔隙中水分可在重力作用下短时间内排出而成为通气孔 隙，土壤水吸力＜0.15bar 。
第 三章
土壤基本物理性质和过程
第一节 土壤孔隙性 第二节 土壤结构性 第三节 土壤耕性 第四节 土壤酸碱性 第五节 土壤电性与离子交换 第六节 土壤氧化还原情况
第1页
第一节 土壤孔隙性
土壤孔隙性——指土壤孔隙情况 土壤中大小、形状不一样复杂孔隙情况好坏由两方面
衡量：①孔隙量，以孔隙度表示②孔隙质，即大小孔隙 分配，上下土层分布。孔隙情况必须确保作物对水分和 空气需要，有利于根系伸展和活动，所以一是要求土壤 中孔隙容积要较多，二是要求大小孔隙搭配和分布较为 恰当。
第10页
（二）土壤结构体类型
1、块状和核状结构体，农民称之为“坷垃”，土粒在长宽高三轴上，大致相等，边面 不显著，分大块状、块状和碎块状。表土中多见块状与碎块状。常出现于有机质缺乏 瘠薄而粘重土壤，土壤过干过湿耕作最易形成块状结构。核状结构表面有褐色胶膜， 由石灰质铁质胶膜胶结而成，常出现于缺乏有机质心、底土中，农民称之为“蒜瓣 土”。
《土的渗透性 》课件
土的渗透性对城 市发展的影响： 土的渗透性影响 城市排水系统的 运行，对城市可 持续发展具有重 要影响
土的渗透性对生 态环境的影响： 土的渗透性影响 地下水的补给和 排泄，对生态环 境的可持续发展 具有重要影响
THANKS
汇报人：
室内测定方法
渗透仪法：通 过测量渗透仪 中的水压变化 来测定土的渗
透性
渗透仪法：通 过测量渗透仪 中的水压变化 来测定土的渗
透性
渗透仪法：通 过测量渗透仪 中的水压变化 来测定土的渗
透性
渗透仪法：通 过测量渗透仪 中的水压变化 来测定土的渗
透性
渗透系数的确定
渗透系数的定义：表示土体允许水通过的能力 测定方法：通过测定土体的水头梯度和水流量，计算渗透系数 影响因素：土体的颗粒大小、孔隙率、渗透率等 应用：用于工程设计、地下水研究等领域
土的渗透性
,
汇报人：
目录
01 添 加 目 录 项 标 题 03 影 响 土 的 渗 透 性 的 因 素 05 土 的 渗 透 性 的 测 定 方 法 07 土 的 渗 透 性 与 可 持 续 发 展
的关系
02 土 的 渗 透 性 定 义 04 土 的 渗 透 性 与 系
Part One
单击添加章节标题
Part Two
土的渗透性定义
土的渗透性概念
土的渗透性是 指土体允许水 或其他液体通
过的能力
渗透性是土的 重要物理性质 之一，影响土
的工程性质
渗透性受土的 颗粒大小、形 状、排列方式
等因素影响
渗透性是土力 学、水文学、 环境科学等领 域的重要研究
内容
渗透性的物理意义
渗透系数的应用
水利工程：计算地下水渗流、水库渗漏等 环境工程：评估土壤污染风险、地下水污染防治等 土木工程：地基处理、地下工程设计等 农业工程：土壤水分管理、灌溉系统设计等
土力学课件 2.土的渗透性与渗透问题
2.1 土的渗透定律渗定律2.2 渗透系数及其测定22渗透系数及其测定2.3 渗透力与渗透变形土的渗透问题概述浸润线上游土坝蓄水后水透过下游坝身流向下游流线等势线H隧道开挖时，地下水向隧道内流动水在土孔隙通道中流动的现象叫做水的；土可以被水透过的性质水在土孔隙通道中流动的现象，叫做水的渗流；土可以被水透过的性质，称为土的渗透性或透水性。
212.1土的渗透定律一、土中渗流的总水头差和水力梯度、土中渗流的总水头差和水力梯度vw h h z h ++=伯努利方程v u AA2gz h w A 21++=γv2gu z h Bw BB 22++=γhh h Δ=−21h ΔLi =达定律二、达西定律1856年法国学者Darcy 对砂土的渗透性进行研究qv A=v=ki达西定律'v A ==vq vA'A v v v ==v A n三达西定律适用范围与起始水力坡降三、达西定律适用范围与起始水力坡降讨论：砂土的渗透速度与水力梯度呈线性关系v=ki v密实的粘土，需要克服结合水的粘滞阻力后才能发0生渗透;同时渗透系数与水力坡降的规律还偏离达西定律而呈非线性关系i砂土v虚直线简化达西定律适用于层−=i b流，不适用于紊流i密实粘土)(b i i k v 起始水力坡降2.2 渗透系数及其测定一、渗透试验（室内）1.常水头试验————整个试验过程中水头保持不变适用于透水性大）的土适用于透水性大（k >10-3cm/s ）的土，例如砂土。
Athk kiAt qt 时间t内流出的水量LQ ===QL hAtk=2.变水头试验————整个试验过程水头随时间变化适用于透水性差，渗透系数小的截面面积a任一时刻t 的水头差为h ，经时段后细玻璃管中水位降落粘性土dt 后，细玻璃管中水位降落dh ，在时段dt 内流经试样的水量=－dQ adh在时段dt 内流经试样的水量dQ =kiAdt =kAh/Ldt1h aL＝管内减少水量＝流经试样水量()212lnh t t A k −dh 积－adh=kAh/Ldt分离变量dtaL kA h=−分二、渗透试验（原位）在现场打口试验井并安装z 在现场打一口试验井，并安装好抽水机具z 距井中心r 1、r 2处打两个观测水位的观测孔z 在井内不断抽水，并观测另两个观测孔的水位高度h 1、h 2，同时记录单位时间内的排水量2r )()ln(21221h h r q k −=π假定z 水沿水平方向流向抽水孔rh A π2=z 过水断面积上各点i 相等drdh i =dhdrdrrhkrhv Av q ππ22===khdh r q π2=22dr h r =)(ln 22122211h h k r q hdh k r q h r −=∫∫ππ1r 2ln r q ⎟⎟⎞⎜⎜⎛()21221h h r k −⎠⎝=π三影响渗透系数的因数三、影响渗透系数的因数z 土颗粒的粒径、级配和矿物成分z 土的孔隙比或孔隙率z 土的结构和构造z 土的饱和度z 水的动力粘滞度动力粘滞系数随水温发生明显的变化。
土力学课件 第三章 土的渗透性
一、渗透力的计算（１）
一般情况下，渗透力的大小与计算点的位置有关。
根据对渗流流网中网格单元的孔隙水压力和土粒间作 用力的分析，可以得出渗流时单位体积内土粒受到的 渗透力为
h j J /V w w i l
这里 i 为水力梯度。
当饱和土休的存在有水头差时，水体就会通过土 体间的孔隙流动，渗流时：渗透水要受到土骨架的阻 力T 。
为了使渗流模型在渗流特性上与真实的渗流相一致， 三. 渗透模型（３） 它还应该符合以下要求：
1. 在同一过水断面，渗流模型的流量等于真实渗 流的流量； 2. 在任意截面上，渗流模型的压力与真实渗流的
压力相等；
3. 在相同体积内，渗流模型所受到的阻力与真实 渗流所受到的阻力相等。
有了渗流模型，就可以采用液体运动的有关概念和
三、渗透系数的确定
渗透系数 k 是综合反映土体渗透能力的一个指标，
其数值的正确确定对渗透计算有着非常重要的意义。
影响渗透系数大小的因素: • 土体颗粒的形状、大小 • 不均匀系数 • 水的粘滞性
要建立计算渗透系数 k 的精确理论公式比较困难， 通常可通过试验方法或经验估算法来确定 k 值。
1.实验室测定法（１）
两边同除F，又
T W
z1 z2 cos , h1 H1 z1 , h2 H 2 z2 L
H1 H 2 W i L
w h1 F
TLF
w h2 F
动水力为：
J T W i
动水力方向：与渗流方向相同
W LF
一渗透力的计算（４） 当饱和土体的存在有水头差时，水体就会通过土体间
水在土中流动的过程中将受到土阻力的作用，使水 头逐渐损失。同时，水的渗透将对土骨架产生拖曳力， 导致土体中的应力与变形发生变化。这种渗透水流作 用对土骨架产生的拖曳力称为渗透力。
第三章土的渗透性及渗流ppt课件
2024年8月1日星期四2时44分59秒
34
3.渗透破坏与控制
J = rwi
（1）流砂 当向上的渗流力与土的浮重
度相等时，粒间有效应力σ'为零， 颗粒群同时发生悬浮、移动的现象 称为流砂现象（流土现象）。
J= r' rwicr= r'
r' icr= rw
i ≥ icr 流砂
2024年8月1日星期四2时44分59秒
水在土中渗透有规律可以遵循吗？
如何定性和定量化评价水在土中的渗透性的大小？如何来描述？
2024年8月1日星期四2时44分58秒
12
一、渗流模型
实际土体中的渗流仅是流 经土粒间的孔隙，由于土体 孔隙的形状、大小及分布极 为复杂，导致渗流水质点的 运动轨迹很不规则。
简化
（1）不考虑渗流路径的迂
回曲折，只分析它的主—“截弯取直” 要流向 ；
9;
由这些特征可进一步知道，流网中等势
线越密的部位，水力梯度越大，流线越
密的部位流速越大。
板桩墙围堰的流网图
2024年8月1日星期四2时44分59秒
28
流网的绘制
(1) 按一定比例绘出结构物和土层的剖面图；
(2) 判定边界条件：透水面（aa' ，bb' ）等势线 ； abc 和不透水面 为流线；
27
3.流网的特征与绘制
流网的特征
对于各向同性渗流介质，流网具有下列特征：
(1) 流线与等势线互相正交；
(2) 流线与等势线构成的各个网格的长宽比为常数，当长宽比为
1 时，网格为曲线正方形，这也是最常见的一种流网；
(3) 相邻等势线之间的水头损失相等；Δh= ΔH
(4) 各个流槽的渗流量相等。 q=Nf Δq
土力学课件第三章土的渗透性
第三章 土的渗透性
【例题3－3】如图所示，若地基上的土粒 比重Gs为2.68，孔隙率n为38.0％， 试求：
（1）a点的孔隙水应力和有效应力； （2）渗流逸出处1－2是否会发生流土？ （3）图中网格9，10，11，12上的渗流
力是多少？
【解】 （1）由图中可知，上下游的水位差h=8m，等势线的间隔数N＝10，则相
于是，根据有效应力原理，a-a平面上的有效应力为
与静水情况相比，当有向下渗流作用时，a-a平面上的总应力保持不 变，孔隙水应力减少了γwh。因而，证明了总应力不变的条件下孔 隙水应力的减少等于有效应力的等量增加。
第三章 土的渗透性
向上渗流的情况： a-a平面上的总应力
a-a平面上的孔隙水应力
a-a平面上的有效应力为 u h2 wh
第三章 土的渗透性
三、在稳定渗流作用下水平面上的孔隙水应力和有效应力
图3－23(a)表示在水位差作用下发生由上向下的渗流情况。此时在 土层表面b-b上的孔隙水应力与静水情况相同，仍等于γwh1，面a-a 平面上的孔隙水应力将因水头损失而减小，其值为
第三章 土的渗透性
a-a平面上的总应力仍保持不变，等于
Ww wVw wVs wV wab
（2） U1 w (h1 h2 )b
（3）
U w wh0a
（4）土粒对水流的总阻力Fs
渗流力的大小与水力梯度成正比，其作用方向与渗流（或流 向）方向一致，是一种体积力。
第三章 土的渗透性
沿水流方向力的平衡
U1 Ww sin Fs 0
形的能力就强。
如果透水性弱，抵抗渗透变
防止渗透变形发生的措施： （1）减小水力梯度；
压重、反滤层、减压井
（2）加盖
土力学课件ppt
环境工程中的土力学
总结词
环境保护、土壤修复
详细描述
在环境工程中，土力学主要关注土壤污染和修复、土壤保持和土地复垦等方面。它研究土壤污染物的 迁移转化规律，提出土壤修复和改良的方法和技术，为环境保护和土地资源可持续利用提供科学依据 。
地质工程中的土力学
总结词
岩土工程、地质灾害防治
详细描述
地质工程中的土力学主要研究岩土体的稳定性、变形和渗流 等问题，涉及到边坡工程、地下工程、地基处理等方面的应 用。同时，它也涉及到地质灾害的防治，如滑坡、泥石流等 自然灾害的预测和治理。
04
渗流基本概念
渗流
土中水流在土壤孔隙中的流动现象。
孔隙压力
土壤孔隙中的流体压力。
渗透力
水流在土壤孔隙中流动时对土壤颗粒产生的动水 压力。
达西定律
达西定律描述了水在土壤孔隙中流动 时的速度与压力梯度之间的关系，即 水流的速率与孔隙压力梯度成正比。
达西定律是渗流理论的基本定律，适 用于描述土壤和岩石等连续介质的渗 流。
的数学模型。
常见的固结方程有太沙 基固结方程、剑桥固结
方程等。
土力学在工程中的
07
应用
土木工程中的土力学
总结词
基础建设、建筑安全
详细描述
土力学在土木工程中主要用于研究和解决地基与基础的问题，确保建筑物的安 全性和稳定性。它涉及到土的强度、变形、渗透等基本特性，以及如何进行合 理的地基设计、基础选型和施工方法选择。
土压力理论
02
静止土压力
静止土压力是指土体在无外力作用或外力作用平衡时产生的土压力，通常表现为 土体内部的应力状态。
静止土压力的大小与挡土墙的刚度和位移有关，计算公式为：P = K * γ * H，其 中K为静止土压力系数，γ为土的容重，H为挡土墙高度。
土力学2.土的渗透性与渗透问题.ppt
2.渗透力的计算
考虑水体隔离体的平衡条件，可得：
whw ww J' wh1
whw Lw j'Lwh1
j
w(h1
hw L
L)
wh L
wi
故渗透力
j = j’= w i
从上式可知，渗透力是一种体积力，量纲与w相同。渗透力的大
小和水力坡降成正比，其方向与渗流方向一致。
(二)临界水力坡降
若左端的贮水器不断上提，则h逐渐增大，从而作用在土体中的 渗透力也逐渐增大。当h增大到某一数值，向上的渗透力克服了向下 的重力时，土体就要发生浮起或受到破坏，俗称流土。 土体处于流土 的临界状态时的水力坡降ic值。土骨架隔离体的平衡状态。当发生流土
层状土的渗流
(一)水平向渗流
水平渗流的特点：
(1)各层土中的水力坡降i＝(h/L)与等效土层的平均水力坡降i相同。
(2)垂直x-z面取单位宽度，通过等效土层nH的总渗流量等于各层土
渗流量之和，即
qxq1xq2xq3x qix i1
将(二达)竖西直定向律渗代流入上式可得沿水kx平方H1 向in1的ki等Hi效渗透系数kx：
设饱和土体内某一研究平面的 总面积为A，其中粒间接触面积之 和为As ,则该平面内由孔隙水所占 面积为 Aw ＝A－As.若由外荷(和/或 自重)在该研究平面上所引起的法 向总应力为,如图所示，那么，它 必将由该面上的孔隙水和粒间接触 面共同来分担，即该面上的总法向 力等于孔隙水所承担的力和粒间所 承担的力之和，于是可以写成：
(一)渗透系数的测定方法
渗透系数的测定方法主要分实验室内测定和野外现场测定两大类。
1．实验室测定法 目前在实验室中测定渗透系数k的试验方法很多，但从试验原理上大
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风化、搬运、沉积
岩石
地质成岩作用
土
土 的 形 成
工程地质及土力学 第四章 土的物理性质及渗透性
物理风化
• 岩石和土的粗颗粒受各种气 候等物理因素的影响产生胀
化学风化
缩而发生裂缝,或在运动过 程中因碰撞和摩擦而破碎
• 是颗粒大小发生量的变化
生物活动
• 矿物成分与母岩相同，称原 生矿物
• 产生无粘性土
巨粒 粗粒
砾石
粗 中20 50.75细粒砂粒细 粗 中 细
d
(mm) 60
粉粒
粘粒 0.005
胶粒 0.002
2
0.5 0.25
0.075
粗粒土：以砾石和砂砾为主要组成的土，也称无粘性土。 细粒土：以粉粒、粘粒和胶粒为主要组成的土，也称粘性土。
固体颗粒 - 颗粒大小
工程地质及土力学 第四章 土的物理性质及渗透性
小于某粒径之土质量百分数（％）
曲率系数举例
Cc=13, 级配连 续 缺少小颗粒，Cc 缺少大颗粒，Cc
粒径(mm)
曲线 d60
L M R
工程地质及土力学 第四章 土的物理性质及渗透性
d10
d30
Cu
66
0.33
0.081 0.005 0.063 0.030
0.01 0.005
Cc
3.98 2.41 0.545
筛余
孔径
10
小于某粒径之土质量百分数P（％）
200g 土 0
10
P 100 95 87 78
5.0
2.0 1.0 0.5 0.25
16
18 24 22 38
66
55 36
筛 分 法
0.1 (0.075)
72
粒径(mm)
水分法
工程地质及土力学
粒径(mm) 百分数P(%)
0.05 26
0.01 13.5
固相 液相 气相
构成土体骨架 起决定作用 重要影响 次要作用
饱和土 ：土体孔隙完全被水充满 干 土 ：土体孔隙完全被气充满 非饱和土：孔隙中水和气均存在
土体的三相构成
工程地质及土力学 第四章 土的物理性质及渗透性
4.1.1土的三相组成 – 固体颗粒
• 粒组 按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类 • 界限粒径 60
小于某粒径之土质量百分数（％）
土的粗细度：用d50 表示 土的不均匀程度：用不 均匀系数： Cu = d60 / d10 表示，Cu 5，称为不均 匀土，反之称为均匀土 连续程度: 用曲率系数 Cc = d302 / (d60 ×d10 ) 度量, Cc=1~3为连续级 配, >3或<1为不连续级配
第四章 土的物理性质及渗透性
土的形成与风化作用
物理风化
• 包括植物、动物和土壤微 生物的作用
化学风化
• 可加剧物理和化学风化
• 构成土中有机质和营养物
质的生物循环
生物活动
• 导致腐殖质的形成，改变 土壤的结构
工程地质及土力学
第四章 土的物理性质及渗透性
土的形成与风化作用
固体颗粒 土中水 土中气体
固体颗粒 - 粒径级配
第四章 土的物理性质及渗透性
0.01 0.005
0.005 10
0.001
0.10 0.05
1.0 0.5
10 5.0
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
土的粒径级配 累积曲线
4.1.1土的三相组成 – 固体颗粒
小于某粒径之土质量百分数（％）
斜率: 某粒径范围内颗 粒的含量 陡-相应粒组含量多 缓-相应粒组含量少 平台-相应粒组缺乏 特征粒径: d50 : 平均粒径 d60 : 控制粒径 d10 : 有效粒径 d30
土的粒径级配累积曲线
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 10 5.0
d60 d50 d30
粒径(mm)
固体颗粒 – 级配曲线
工程地质及土力学 第四章 土的物理性质及渗透性
0.01 0.005
0.001
0.10 0.05
1.0 0.5
d10
4.1.1土的三相组成 – 固体颗粒
粒径级配曲线和指标的应用
工程地质及土力学 第四章 土的物理性质及渗透性
4.1.2土的三相组成 – 土中水
结晶水
结合水 自由水 土中冰
矿物内部的水
吸附在土颗粒表面的水 电场引力作用范围之外的水 由自由水冻成，冻胀融沉
0.001
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
10 5.0
土的粒径级 配累积曲线
d60
1.0 0.5
d30
0.10 0.05
d10
4.1.1土的三相组成 – 固体颗粒
粒组含量用于土的分类定名； 不均匀系数Cu用于判定土的不均匀程度： Cu 5为不均匀土； Cu 5为 均匀土 曲率系数Cc用于判定土的连续程度： Cc =1~3为级配连续土；Cc>3 或 Cc<1为级配不连续 土 不均匀系数Cu和曲率系数Cc 用于判定土的级配优劣： Cu 5且 Cc=1~3为级配 良好的土；如果Cu< 5 或 Cc>3 或Cc<1为 级配 不良的土
工程地质及土力学
第四章 土的物理性质及渗透性
土的形成与风化作用
• 母岩表面和碎散的颗粒受环
物理风化
境因素的作用而改变其矿物 的化学成分，形成新的矿物 • 颗粒成分发生质的变化 • 矿物成分与母岩不同，称次 生矿物
化学风化
生物活动
• 形成十分细微的土颗粒，最 主要为粘性颗粒及可溶盐类
工程地质及土力学
§1.2 土的三相组成 – 固体颗粒
粒径级配：各粒组的相对含量，用质量百分
数来表示
分析方法：
• 筛分法：适用于粗粒土 孔径大小不同的筛子 • 水分法：适用于细粒土 常采用比重计法
表述方法: 粒径级配累积曲线
固体颗粒 - 粒径级配
工程地质及土力学 第四章 土的物理性质及渗透性
4.1.1土的三相组成 – 固体颗粒
工程地质及土力学
第四章 土的物理性质及渗透性
4.1 土的三相组成与结构
4.2 土的三相物理性质指标及换算
4.3 土的物理状态 4.4 土的渗透性 4.5 渗流的工程问题 4.6 地基土的工程分类
工程地质及土力学
第四章 土的物理性质及渗透性
4.1土的三相组成与结构
过程、条件
土的组成、结构 和物理力学性质
土的粒径级配累积曲线
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 10 5.0
d60 d50 d30
粒径(mm)
固体颗粒 – 级配曲线
工程地质及土力学 第四章 土的物理性质及渗透性
0.01 0.005
0.001
0.10 0.05
1.0 0.5
d10
4.1.1土的三相组成 – 固体颗粒