土力学1第二章
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土力学1-第二章-清华大学
水头与水力坡降 土的渗透试验与
达西定律
渗流的驱动能量 反映渗流特点的定律 土的渗透性
渗透系数的测定
及影响因素
层状地基的等效
渗透系数
地基的渗透系数
土的渗透性与渗透规律
§2.2 土的渗流性与渗透规律
仁者乐山 智者乐水
位置水头：到基准面的竖直距离， 代表单位重量的液体从基准面算起 所具有的位置势能
达西定律：在层流状态的渗流中，渗透速度v与水力坡降i 的一次方成正比，并与土的性质有关
渗透系数k: 反映土的透水性能的比例系数，其物理意义为 水力坡降i＝1时的渗流速度，单位： cm/s, m/s, m/day
渗透速度 v：土体试样全断面的平均渗流速度，也称假想 渗流速度
v v vs n
h h A h B
水力坡降
§2.2 土的渗流性与渗透规律 1856 年达西(Darcy)在研究城 市供水问题时进行的渗流试验
仁者乐山 智者乐水
h QA L
或：
Q
h1
L
Q kAi
Q
A
透水石
其中，A是试样的断面积
达西渗透试验
h2
§2.2 土的渗流性与渗透规律
仁者乐山 智者乐水
Q v ki A
§2.2 土的渗流性与渗透规律
仁者乐山 智者乐水
试验条件:Δh变化 A，a，L=const
t=t1
h1
量测变量: h，t 适用土类：透水性较小 的粘性土
Q A
h2
t=t2
土样
L
水头 测管
开关
a
室内试验方法-变水头试验法
§2.2 土的渗流性与渗透规律
在tt+dt时段内：
西南交通大学土力学课件第二章
1.2~1.3，视基坑安全等级选取。
第四节
二维稳定渗流问题（略）
31
pw
t
h
32
习题：2-3，2-5 ，2-7，2-9 参考答案：2-3：(3) 0.015cm3/s/cm2；(4) 0.021cm/s ； 2-5：3.6810-4m/s； 2-7：h=24.26cm 2-9：k=210-5m/s
d ( h ) h a k A d t L
（2-14）
（2-15）
将上式改写
d ( h ) h kA d t aL
等号两边分别积分，其中 h的积分区间为 h0~h1， t 的积分区间为t0~t1，得
h 0 kA ln t 1 t 0 1 aL h
通常可以忽略不计。这样，总水头h可以用测压管水头代替，
即 h=z+hw=z+u/w （2-2）
3
4
如果土中存在总水头差，则水将从总水头高的部位沿着
土中的孔隙通道向总水头低的地方流动。 图 2-1 中 A、 B 两点处测压管水头的连线叫做测压管水头 线或总水头h线，两点间的距离L称为流程，也叫做渗流路径 或渗流长度。总水头差h 为：
（2-16）
18
根据式（2-9），换算得水温为T时土样的渗透系数kT， 如式（2-17）所示。 例2-3和例2-4。
当对渗透性很弱的某些粘性土进行试验时，会因渗流缓
慢而需要很长时间，在此过程中水的蒸发、温度的变化等因 素都可能影响试验结果的可靠性。遇到这种情况，可通过土 样的压缩试验间接求算其渗透系数。
【例2-2】p.44
【解】从图2-3，h=40cm，而h=h1+h2，根据连续
性，水流经过土样 1 和土样 2的流量相同，又因其截面积相 同，故两者的流速相同，即有：v1=v2，由达西定律，有 k1h1/L1=k2h2/L2 故有：
第四节
二维稳定渗流问题（略）
31
pw
t
h
32
习题：2-3，2-5 ，2-7，2-9 参考答案：2-3：(3) 0.015cm3/s/cm2；(4) 0.021cm/s ； 2-5：3.6810-4m/s； 2-7：h=24.26cm 2-9：k=210-5m/s
d ( h ) h a k A d t L
（2-14）
（2-15）
将上式改写
d ( h ) h kA d t aL
等号两边分别积分，其中 h的积分区间为 h0~h1， t 的积分区间为t0~t1，得
h 0 kA ln t 1 t 0 1 aL h
通常可以忽略不计。这样，总水头h可以用测压管水头代替，
即 h=z+hw=z+u/w （2-2）
3
4
如果土中存在总水头差，则水将从总水头高的部位沿着
土中的孔隙通道向总水头低的地方流动。 图 2-1 中 A、 B 两点处测压管水头的连线叫做测压管水头 线或总水头h线，两点间的距离L称为流程，也叫做渗流路径 或渗流长度。总水头差h 为：
（2-16）
18
根据式（2-9），换算得水温为T时土样的渗透系数kT， 如式（2-17）所示。 例2-3和例2-4。
当对渗透性很弱的某些粘性土进行试验时，会因渗流缓
慢而需要很长时间，在此过程中水的蒸发、温度的变化等因 素都可能影响试验结果的可靠性。遇到这种情况，可通过土 样的压缩试验间接求算其渗透系数。
【例2-2】p.44
【解】从图2-3，h=40cm，而h=h1+h2，根据连续
性，水流经过土样 1 和土样 2的流量相同，又因其截面积相 同，故两者的流速相同，即有：v1=v2，由达西定律，有 k1h1/L1=k2h2/L2 故有：
土力学第二章
Vv
Vw
V
s Gs 4C 4C Vs ( w ) w
ms
固体
Vs
体积
质量 • 单 位: 无量纲 • 一般范围：粘性土 2.70~2.75， 砂土 2.65
C =1.0 g/cm3 4 w
土粒的相对密度在数 值上等于土粒的密度
基本试验指标-土粒比重
土粒相对密度Gs测定
土粒相对密度常用比重瓶法测定。事先将比重瓶注满 纯水，称瓶加水的质量m1 。然后把质量为ms的烘干土装 入该空比重瓶内，再加纯水至满，称瓶加土加水的质量m2 。由前后质量差异，来计算土粒的体积，从而进一步计算 出土粒比重。
ma=0
空气 水
Va Vv Vw V
Байду номын сангаас
m mw ms
质量
物性指标是比 例关系: 可假设 任一参数为1
固体
Vs
体积
三个独立变量， 干土或饱和土二 个独立变量
实验室 测定
其它指标： 三相草图法计算
三相草图
2.1
土的物理性质指标
为了确定三相草图诸量中的三个直接测量
指标，通常进行三个基本的物理性质试验：
土的密度试验 土粒比重试验 土的含水量试验
或
d
1 w
（三）孔隙比与相对密度和干密度的关系 设土体内土粒的体积为1，则按e=Vv/Vs，孔隙的体积vv为e；由Gs ＝ ms / Vs/ρw得土粒的质量ms为Gs。于是，按ρd的定义可得：
ms Gs w d V 1 e
整理得：
e
Gs w
d
1
（四）饱和度与含水率、比重和孔隙比得关系 设土体内土粒的体积为1，则按e=Vv/Vs得体积vv=e；由Gs ＝ ms / Vs得土粒的质量ms=Gs。按w= mw / ms ，水的质量mw=wGs，则水 的体积vw= mw / ρw =wGs/ρw。于是，Sr定义可得：
土力学第二章
流网的应用
1、确定水力坡度； 2、确定流速； 3、确定流量； 4、确定孔隙水应力。
§2 土的渗透性和渗流问题
§2.3 渗透力与渗透变形
渗透力 渗透变形 a b
一. 渗透力
贮水器 hw L 土样
∆h h1 h2
0 滤网
试验观察
0
静水中，土骨架会受到浮力作用。 Δh=0 静水中，土骨架会受到浮力作用。 水在流动时，水流受到来自土骨架的阻力， Δh>0 水在流动时，水流受到来自土骨架的阻力，同时流动的孔隙水对土骨 架产生一个摩擦、拖曳力。 架产生一个摩擦、拖曳力。 渗透作用中， 渗透力 GD ——渗透作用中，孔隙水对土骨架的作用力，方向与渗流方向一致。 渗透作用中 孔隙水对土骨架的作用力，方向与渗流方向一致。
概述
渗流滑坡
伯努利定理 水头的定义为： 水头的定义为：
v2 p h= + +z 2g γ w
当水在土中渗流时，其速度很慢， 当水在土中渗流时，其速度很慢，可忽略速度 引起的水头项，得出： 引起的水头项，得出：
h=
p
γw
+z
渗流基本概念
A,B两点的水头差为：∆ h = h A − hB 两点的水头差为： 两点的水头差为
方向由力的平衡得： 沿ab方向由力的平衡得： 方向由力的平衡得
化简后得： 化简后得：
z1 − z 2 l
将 cosα =
带入上式得： 带入上式得：
l l
(h1 + z1 ) − (h2 + z 2 ) = γ H 1 − H 2 = γ i T =γw w w
由作用力与反作用力的关系得动水力： 由作用力与反作用力的关系得动水力：
§2 土的渗透性和渗流问题
土力学第二讲
③ 影响渗透系数的因素 A. 土的性质 a. 粒径大小与级配 b. 矿物成分 c. 孔隙比 d. 结构与构造 e. 饱和度 B. 渗流水的性质 水的流速与动力粘度有关，动力粘度越大，流速越 小，动力粘度随温度的增加而减小。因此，温度升高一般 会使土的渗透系数增加。
(4) 层状地基的等效渗透系数
H 5 10 H
1 10-2
h 5cm
h h 3 10-3 B hB 2h 50 30 h h hC 4h 1 10-2 5 10-4 B 50 10 h hB hC 35cm
(2) 达西(Darcy )定理和渗透试验
达西根据不同尺寸的圆筒、不同类型及长度的土样进
第二章 土的渗透性和渗流
1. 概述
（1）定义
渗流：水在能量差作用下在孔隙通道中流动的现象。 渗透性：土具有被水等液体透过的性质。 渗透力：流经土体的水流会对土颗粒和土体施加作用力。
（2）主要问题
① 渗流量 ② 渗透变形 ③ 渗流控制
（2） 地下水的埋藏类型
上层滞水 ：指存在于地面以下局部隔水层(如坚硬 的粘土、岩层等)上面的滞水。 潜水：指埋藏于地面以下第一个隔水层以上具有自 由水面的地下水。 承压水：指充满于两个隔水层之间的含水层中、承 受一定的静水压力的地下水。
H
饱和粘土层
砂土 A
5m
10m
4m
解1：
H 饱和粘土层 砂土
B
5m A
10m
4m
如图在A处取单位面积土柱 单位面积土柱在 A 处取产生的重量：
G A sat (10 H ) 1
承压水在A处取产生的上推力： FA w 5 1 由
G A FA
土力学-第2章
h dQ k Adt l
h adh k Adt l
h1 al k ln A(t2 t1 ) h2
三、现场抽水试验
观察井
抽水量q
r1
r
r2 dr h2
井 透水层 地下水位≈测压管水面
dh
h1
hቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
不透水层
r2 ln q r1 k 2 π h2 h12
四、经验公式
2.2.4 渗流系数的确定
渗透系数的大小是直接衡量土的透水性强弱的重要力
学性质指标。渗透系数的测定可以分为现场试验和室内试 验两大类。一般，现场试验比室内试验得到的结果要准确
可靠。因此，对于重要工程常需进行现场测定。
常水头试验法
室内试验测定方法 野外试验测定方法
变水头试验法 井孔抽水试验 井孔注水试验
H
△h
织在一起形成的网格叫流网。
0
二、流网的性质
对于各向同性的渗透介质，流
网具有下列特征：
△h
（1）流线与等势线彼此正交； （2）每个网格的长宽比为常数； （3）相邻等势线间的水头损失相等； （4）各流槽的渗流量相等。
H
0
三、典型流网分析
接近坝底，流线 密集，水力梯度 大，渗透速度大
远离坝底，流线 稀疏，水力梯度 小，渗透速度小
一、常水头试验
给水
常水头试验——整个试验过程中水头保 持不变
排水 时间 t 内流出的水量
h Q qt kiAt k At L QL k hAt
适用于透水性大（k>103cm/s）的土，例如砂土。
试验中测取的量为：h, t, Q
二、变水头试验
变水头法在整个试验过程中，
h adh k Adt l
h1 al k ln A(t2 t1 ) h2
三、现场抽水试验
观察井
抽水量q
r1
r
r2 dr h2
井 透水层 地下水位≈测压管水面
dh
h1
hቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
不透水层
r2 ln q r1 k 2 π h2 h12
四、经验公式
2.2.4 渗流系数的确定
渗透系数的大小是直接衡量土的透水性强弱的重要力
学性质指标。渗透系数的测定可以分为现场试验和室内试 验两大类。一般，现场试验比室内试验得到的结果要准确
可靠。因此，对于重要工程常需进行现场测定。
常水头试验法
室内试验测定方法 野外试验测定方法
变水头试验法 井孔抽水试验 井孔注水试验
H
△h
织在一起形成的网格叫流网。
0
二、流网的性质
对于各向同性的渗透介质，流
网具有下列特征：
△h
（1）流线与等势线彼此正交； （2）每个网格的长宽比为常数； （3）相邻等势线间的水头损失相等； （4）各流槽的渗流量相等。
H
0
三、典型流网分析
接近坝底，流线 密集，水力梯度 大，渗透速度大
远离坝底，流线 稀疏，水力梯度 小，渗透速度小
一、常水头试验
给水
常水头试验——整个试验过程中水头保 持不变
排水 时间 t 内流出的水量
h Q qt kiAt k At L QL k hAt
适用于透水性大（k>103cm/s）的土，例如砂土。
试验中测取的量为：h, t, Q
二、变水头试验
变水头法在整个试验过程中，
土力学第2章 (1)
整理得：
e
Gs w
d
1
16
（四）饱和度与含水率、比重和孔隙比得关系 设土体内土粒的体积为1，则按e=Vv/V得体积vv=e；由ρs ＝ ms / Vs得 土粒的质量ms=ρs。按w= mw / ms ，水得质量mw=wρs，则水得体积 vw= mw / ρw =wρs/ρw。于是，Sr定义可得：
塑限（Wp）——从可塑状态转变为半固体状态的界限含水率，也就是 可塑状态的下限含水率； 缩限（Ws）——从半固体状态转变为固体状态的界限含水率，亦即粘 性土随着含水率的减小而体积开始不变时的含水率。
31
2.液、塑限的测定 测定塑限的方法：搓滚法和液、塑限联合测定法。 测定液限的方法：碟式仪法和液、塑限联合测定法。 液、塑限联合测定法： 塑限－5秒入土2mm时的含水率10mm 液限－ 5秒入土10mm时的含水率17mm 液限－ 5秒入土17mm时的含水率
I p wL wp
塑性指数越高，结合水含量可能高，土的粘粒含量越高。
工程中:用塑性指数IP作为粘性土与粉土定名的标准。
35
2.液性指数
第一章 土的物理性质指标与工程分类
IL w wp wL w p w wp Ip
粘性土的状态可用液性指数来判别。 定义为：
式中：IL——液性指数，以小数表示；
沈阳建筑大学
土力学
第2章 土的物理性质及分类
主讲教师: 王宁伟
2.1
概述
• 土是由固体、液体、气体三相所组成。三相组成部分的性 质与数量以及它们之间的相互作用，决定着土的物理力学 性质。 • 土中的孔隙体积大，土就松散；含水多，土就软弱。也就 是说土的松密和软硬程度主要取决于组成土体的三相之间 在数量上所占有的比例，因此土力学中采用三相之间在体 积和质量上的比例关系，作为反映土的物理性质的指标。
e
Gs w
d
1
16
（四）饱和度与含水率、比重和孔隙比得关系 设土体内土粒的体积为1，则按e=Vv/V得体积vv=e；由ρs ＝ ms / Vs得 土粒的质量ms=ρs。按w= mw / ms ，水得质量mw=wρs，则水得体积 vw= mw / ρw =wρs/ρw。于是，Sr定义可得：
塑限（Wp）——从可塑状态转变为半固体状态的界限含水率，也就是 可塑状态的下限含水率； 缩限（Ws）——从半固体状态转变为固体状态的界限含水率，亦即粘 性土随着含水率的减小而体积开始不变时的含水率。
31
2.液、塑限的测定 测定塑限的方法：搓滚法和液、塑限联合测定法。 测定液限的方法：碟式仪法和液、塑限联合测定法。 液、塑限联合测定法： 塑限－5秒入土2mm时的含水率10mm 液限－ 5秒入土10mm时的含水率17mm 液限－ 5秒入土17mm时的含水率
I p wL wp
塑性指数越高，结合水含量可能高，土的粘粒含量越高。
工程中:用塑性指数IP作为粘性土与粉土定名的标准。
35
2.液性指数
第一章 土的物理性质指标与工程分类
IL w wp wL w p w wp Ip
粘性土的状态可用液性指数来判别。 定义为：
式中：IL——液性指数，以小数表示；
沈阳建筑大学
土力学
第2章 土的物理性质及分类
主讲教师: 王宁伟
2.1
概述
• 土是由固体、液体、气体三相所组成。三相组成部分的性 质与数量以及它们之间的相互作用，决定着土的物理力学 性质。 • 土中的孔隙体积大，土就松散；含水多，土就软弱。也就 是说土的松密和软硬程度主要取决于组成土体的三相之间 在数量上所占有的比例，因此土力学中采用三相之间在体 积和质量上的比例关系，作为反映土的物理性质的指标。
高等教育出版社 卢廷浩主编 土力学1-2章思考题答案
1-1 什么叫土？土是怎么形成的？粗粒土和细粒土的组成有何不同？土是松散颗粒的堆积物。
地球表层的整体岩石在大气中经受长期风化作用后形成形状不同，大小不一的颗粒，这些颗粒在不同的自然环境条件下堆积（或经搬运沉积），即形成了通常所说的土。
粗粒土中粒径大于0.075㎜的粗粒组质量多于总质量50%，细粒土中粒径小于0.075㎜的细粒组质量多于或等于总质量50%。
1-2 什么叫残积土？什么叫运积土？它们各有什么特征？残积土是指岩石经风化后仍留在原地未经搬运的堆积物。
残积土的明显特征是，颗粒多为角粒且母岩的种类对残积土的性质有显著影响。
母岩质地优良，由物理风化生成的残疾土，通常是坚固和稳定的。
母岩质地不良或经严重化学风化的残积土，则大多松软，性质易变。
运积土是指岩石风化后经流水、风和冰川以及人类活动等动力搬运离开生成地点后的堆积物。
由于搬运的动力不同，分为坡积土、冲积土、风积土、冰碛土和沼泽土等。
坡积土一般位于坡腰或坡脚，上部与残积土相连，颗粒分选现象明显，坡顶粗坡下细；冲积土具有一定程度的颗粒分选和不均匀性；风积土随风向有一定的分选性，没有明显层里，颗粒以带角的细砂粒和粉粒为主，同一地区颗粒较均匀，黄土具有湿陷性；冰碛土特征是不成层，所含颗粒粒径的范围很宽，小至粘粒和粉粒，大至巨大的漂石，粗颗粒的形状是次圆或次棱角的有时还有磨光面；沼泽土分为腐植土和泥炭土，泥炭土通常呈海绵状，干密度很小，含水率极高，土质十分疏松，因而其压缩性高、强度很低而灵敏度很高。
1-3 何谓土的级配？土的级配曲线是怎么绘制的？为什么级配曲线用半对数坐标？ 土中各种大小的粒组中土粒的相对含量称为土的级配。
粒径分布曲线是以土粒粒径为横坐标（对数比例尺），小于某粒径土质量占试样总质量的百分数为纵坐标绘制而成的曲线。
由于土的粒径相差悬殊，因此横坐标用对数坐标表示，以突出显示细小颗粒粒径。
1-4 何谓土的结构？土的结构类型有哪些？它们各有什么特征？土的结构是指土的物质组成（主要指土里，也包括孔隙）在空间上的相互排列及土粒间联结特征的总和。
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24
§2.2 土的渗流性与渗透规律
r2 r1
观察井
试验条件:
抽水量Q
Q=const
量测变量:
井
h1
不透水层
r=r1，h1=？
r=r2，h2=？
h2
优点：可获得现场较为可靠的平均渗透系数 缺点：费用较高，耗时较长
现场测定法－抽水试验
25
§2.2 土的渗流性与渗透规律
计算公式：
A=2rh i=dh/dr
• 井孔注水试验
渗透系数的测定方法
20
§2.2 土的渗流性与渗透规律 试验条件: Δh，A，L=const 量测变量: 体积V，t V=Qt=vAt v=ki i=Δh/L
VL k A ht
h
土样
L Q V
A
适用土类：透水性较大的砂性土
室内试验方法-常水头试验法
21
§2.2 土的渗流性与渗透规律 t=t1
渗透速度 v：土体试样全断面的平均渗流速度，也称假想 渗流速度
v v vs n
其中，Vs为实际平均流速，孔隙断面的平均流速
达西定律
17
§2.2 土的渗流性与渗透规律 适用条件：层流（线性流动）
岩土工程中的绝大多数渗 流问题，包括砂土或一般 粘土，均属层流范围 在粗粒土孔隙中，水流形 态可能会随流速增大呈紊 流状态，渗流不再服从达 西定律。可用雷诺数进行 判断 ：
u 渗流的总水头： h z w
也称测管水头，是渗流的 总驱动能，渗流总是从水 头高处流向水头低处
uA w
hA
zA
A B L
基准面
渗流问题的水头
14
§2.2 土的渗流性与渗透规律
uA • A点总水头： h A z A w
• B点总水头： h B z B
水力坡降线
uB w
水 2.0 力 坡 降 1.5 1.0 0.5 0 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 流速 (m/h) 达西定律 适用范围
v d 10 Re
Re＜5时层流 Re ＞200时紊流 200＞ Re ＞5时为过渡区
18
达西定律的适用范围
§2.2 土的渗流性与渗透规律
两种特例
在纯砾以上的很粗的粗粒土如堆 石体中，在水力坡降较大时，达 西定律不再适用，此时：
静水 A zB
0 基准面
zA
0
位置、压力和测管水头
10
§2.2 土的渗流性与渗透规律
位置：使水流从位置势能 高处流向位置势能低处
水往低处流
速度v
流速：水具有的动能
水往高处“跑”
压力u
压力：水所具有的压力势能 也可使水流发生流动
水流动的驱动力
11
§2.2 土的渗流性与渗透规律
位置势能： 压力势能：
§2.2 土的渗流性与渗透规律 是土中孔隙直径大小的主要影 响因素 因由粗颗粒形成的大孔隙可被 细颗粒充填，故土体孔隙的大 小一般由细颗粒所控制。因此， 土的渗透系数常用有效粒径d10
土的性质 • 粒径大小及级配 • 孔隙比 • 矿物成分
• 结构
水的性质
来表示，如哈臣公式：
k c d10
u w
mgz
mg u w
动能：
1 mv2 2
E mgz mg u 1 mv 2 w 2
总能量：
质量 m 压力 u 流速 v 0 基准面
z
0
单位重量水流的能量：
u v2 h z w 2g
称为总水头，是水流动 的驱动力
水流动的驱动力 - 水头
12
§2.2 土的渗流性与渗透规律
板桩墙
A
基坑
B L
透水层 不透水层
渗流为水体的流动，应满 足液体流动的三大基本方 程：连续性方程、能量方 程、动量方程
渗流中的水头与水力坡降
13
§2.2 土的渗流性与渗透规律
总水头：单位重量水体所具有的能量
位置水头Z：水体的位置势能（任选基准面）
u v2 h z w 2g
压力水头u/w：水体的压力势能（u孔隙水压力） 流速水头V2/(2g)：水体的动能（对渗流多处于层流≈0）
渗透系数的影响因素
30
§2.2 土的渗流性与渗透规律
干容重 d
土的性质 • 粒径大小及级配 • 孔隙比 • 矿物成分
max 1 絮状结构 分散结构 Wop 渗透系数 k 含水量 w
• 结构
水的性质
含水量 w
渗透系数的影响因素
31
§2.2 土的渗流性与渗透规律
土的性质 • 粒径大小及级配 • 孔隙比 • 矿物成分 水的动力粘滞系数：
t=t1
t t+dt
h1
h
-adh =k (Δh/L)Adt
aL dh dt kA h
aL h1 t ln kA h 2
h2
t=t2
aL dt 0 kA
t
h 2
h1
dh h
Q A
土样
L
水头 测管 开关
aL h1 k ln At h 2
选择几组量测结果 ，计算相应的k，取平均值
kH
i i
x
k1 0.01m / day k 2 1m / day k 3 100m / day
33.67m / day
k1 k2 k3
z
H1 H2 H
渗透系数的测定
及影响因素
层状地基的等效
渗透系数
地基的渗透系数
土的渗透性与渗透规律
9
§2.2 土的渗流性与渗透规律
位置水头：到基准面的竖直距离， 代表单位重量的液体从基准面算起 所具有的位置势能
uB w
u 0 p a
B
uA w
压力水头：水压力所能引起的自由 水面的升高，表示单位重量液体所 具有的压力势能 测管水头：测管水面到基准面的垂 直距离，等于位置水头和压力水头 之和，表示单位重量液体的总势能 在静止液体中各点的测管水头相等
第二章：土的渗透性和渗流问题
§2.1 §2.2 §2.3 §2.4 概述 土的渗透性与渗透规律 平面渗流与流网 渗透力与渗透变形
§2.1 概述 土是一种碎散的多孔介质， 其孔隙在空间互相连通。当
渗流
饱和土中的两点存在能量差
时，水就在土的孔隙中从能 量高的点向能量低的点流动
土颗粒
土中水
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
土体中的渗流
2
§2.1 概述- 渗流问题
防渗体
坝体 浸润线
渗流问题：
1. 渗流量？
2. 渗透破坏？
透水层
3. 渗透力？
不透水层
土石坝坝基坝身渗流
3
§2.1 概述- 渗流问题
板桩墙 渗流问题：
基坑
透水层 不透水层
1. 渗流量？ 2. 渗透破坏？ 3. 渗水压力？
板桩围护下的基坑渗流
4
§2.1 概述- 渗流问题
uA w
Δh A
uB w
hA zA
• 二点总水头差：反映了 两点间水流由于摩阻力 造成的能量损失
B
hB
L
基准面
zB
h h A h B
• 水力坡降 i：单位渗流长度上的水头损失
h i L
15
水力坡降
§2.2 土的渗流性与渗透规律 1856 年达西(Darcy)在研究城 市供水问题时进行的渗流试验
h1
试验条件:Δh变化 A，a，L=const
量测变量: h，t 适用土类：透水性较小 的粘性土
Q A
h2
t=t2
土样
L
水头 测管
开关
a
室内试验方法-变水头试验法
22
§2.2 土的渗流性与渗透规律
在tt+dt时段内：
• 入流量： dVe= - adh • 出流量： dVo=kiAdt=k (Δh/L)Adt • 连续性条件：dVe=dVo dh
• 挡水建筑物 • 集水建筑物 • 引水结构物 • 基础工程 • 地下工程 • 边坡工程
渗透特性
• • • • • •
渗流量 扬压力 渗水压力 渗透破坏 渗流速度 渗水面位置
土的渗透特性
8
§2.2 土的渗流性与渗透规律
水头与水力坡降 土的渗透试验与
达西定律
渗流的驱动能量 反映渗流特点的定律 土的渗透性
室内试验方法-变水头试验法
23
§2.2 土的渗流性与渗透规律
常水头试验
变水头试验
Δh变化
a，A，L Δh，t
k aL h1 ln At h 2
条件
已知 测定 公式 取值 适用
Δh=const
Δh，A，L V，t
VL k Aht
重复试验后，取均值 粗粒土
不同时段试验，取均值
粘性土
室内试验方法–小结
Q
天然水面
渗流问题： 1. 渗流量Q？
透水层
2. 降水深度？
不透水层
水井渗流
5
§2.1 概述- 渗流问题
渗流问题： 1. 渗流量？
渗流时地下水位
2. 地下水影响 范围？
原地下水位
渠道、河流渗流
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
6
§2.1 概述- 渗流问题
渗流问题：
1. 渗透力？ 2. 入渗过程？
降雨入渗引起的滑坡
7
§2.1 概述- 土渗流特性
温度，水粘滞性，k
饱和度（含气量）：封闭气 泡对k影响很大，可减少有效