土力学东南大学土渗透性及渗流
东南大学 土力学与工程地质 2
总水头： h = z + u
γw
A点总水头：
h1 0
B点总水头：
uA γw
A
zA
B
L
基准面
水力坡降： 水头差
i = Δh L
Δh
uB
γ w h2
zB 0
h1
=
zA
+
uA γw
h2
=
zB
+
uB γw
Δh = h1 − h2
Soil Mechanics Chapter 2
渗透速度与实际平均流速
渗透流速v并不是土孔隙中水的实际平均流速。因为公式 推导中采用的是土样的整个断面积，其中包括了土粒骨架所占 的部分面积在内。
土粒本身是不能透水的，故真实的过水面积Av应小于A， 从而实际平均流速应大于v。一般称v 为假想渗流速度，v与vs的 关系可通过水流连续原理建立:
Vs= v/n 为了研究的方便，渗流计算中均采用假想的平均流速。
H1 , H2 ...;k1 ,k 2 ...
v
=
kV ikV =
H Hi
ki
Soil Mechanics Chapter 2
算例说明
H1 = 1.0m, H2 = 1.0m, H3 = 1.0m,
k1 = 0.01m / day k 2 = 1m / day k 3 = 100m / day
v1 = v2 =v3= = v
(2)流经等效土层H的总水头损失等于各层 上的水头损失之和，即
n
∑ Δh = Δh1 + Δh2 + Δh3 + = Δhi i =1
土力学学习要求(专升本、东大教材)
《土力学》课程内容及学习要求东南大学交通学院二0一一年二月《土力学》课程内容及学习要求一.课程内容第1章土的物理性质及分类1.1 概述1.2 土的组成1.2.1土中固体颗粒1.2.2土粒粒度分析方法1.2.3土中水和土中气1.3 土的三相比例指标1.3.1指标的定义1.3.2指标的换算1.4 无粘性土的密实度1.4.1砂土的相对密实度1.4.2无粘性土密实度划分的其它方法1.5粘性土的物理特征1.5.1土的可塑性和界限含水量1.5.2粘性土的可塑性指标1.6 土的分类标准1.6.1巨粒土和粗粒土的分类标准1.6.2细粒土的分类标准1.7 地基土的工程分类1.7.1建筑地基土的分类1.7.2公路桥涵地基土的分类1.7.3公路路基土的分类习题及思考题第2章土的渗透性及渗流2.1 概述2.2 土的渗透性2.2.1土的层流渗透定律2.2.2渗透试验及渗透系数2.3 渗透破坏2.3.1渗流（动水）力2.3.2流砂（土）现象2.3.3管涌和潜蚀现象习题及思考题第3章土中应力3.1 概述3.2 土中自重应力3.2.1均质土中自重应力3.2.2成层土中自重应力3.3 基底压力（接触应力）3.3.1基本概念3.3.2基底压力的简化计算3.3.3基底附加压力3.4 地基附加应力3.4.1竖向集中力作用时的地基附加应力3.4.2竖向矩形荷载作用时的地基附加应力3.4.3竖向线荷载和条形荷载作用时的地基附加应力习题及思考题第4章土的压缩性及固结理论4.1 概述4.2土的压缩性4.2.1固结试验及压缩性指标4.2.2现场载荷试验及变形模量4.2.3土的弹性模量4.3饱和土中的有效应力4.4 土的单向固结理论4.4.1饱和土的渗透（流）固结4.4.2太沙基一维固结理论第5章地基沉降5.1 概述5.2 地基最终沉降量5.2.1按分层总和法计算5.2.2最终沉降量计算方法的讨论5.3 地基沉降与时间的关系5.3.1 地基固结过程中任意时刻的沉降量5.3.2利用沉降观测资料推算后期沉降量习题及思考题第6章土的抗剪强度6.1 概述6.2 土的抗剪强度理论6.2.1库伦公式及抗剪强度指标6.2.2莫尔-库论理论及极限平衡条件6.3 土的抗剪强度试验6.3.1直接剪切试验6.3.2三轴压缩试验6.3.3无侧限抗压强度试验6.3.4十字板剪切试验习题及思考题第7章土压力7.1 概述7.2 挡土墙侧土压力7.3 朗肯土压力理论7.3.1主动土压力7.3.2被动土压力7.4库伦土压力理论7.4.1主动土压力7.4.2被动土压力7.4.3朗肯理论与库伦理论的比较第8章地基承载力8.1 概述8.2 浅基础的地基破坏模式8.3 地基临界荷载8.3.1地基塑性区边界方程8.3.2地基的临塑荷载和临界荷载8.4 地基极限承载力8.4.1普朗德尔和赖斯纳极限承载力8.4.2太沙基极限承载力8.4.3魏锡克和汉森极限承载力8.5 地基容许承载力和地基承载力特征值习题及思考题第9章土坡和地基的稳定性9.1 概述9.2 无粘性土坡的稳定性9.3 粘性土坡的稳定性9.3.1整体圆弧滑动法土坡稳定分析9.3.2毕肖普条分法土坡稳定分析9.4地基的稳定性习题及思考题二.学习要求1土的物理水理性质及工程分类要求：1）土的成因类型2）土的三相图3）土的试验指标、计算指标的定义及定义式4）土的物理指标的定义及定义式或计算式5）土的物理指标之间关系6）无粘性土的密实度指标7）粘性土的稠度特征指标8）土的渗透性及压实性9）土的工程分类：国标、部标2土中应力计算要求：1）自重应力概念及计算2）基底（附加）压力概念及计算3）Boussinesq假定及解答4）空间问题附加应力计算：角点法、叠加原理均布荷载、三角形荷载、梯形荷载矩型基础5）Flamant假定及解答6) 平面问题附加应力计算：角点法、叠加原理均布荷载、三角形荷载、梯形荷载条型基础7）有效应力原理3土的压缩性及沉降计算要求：1）土的压缩性及压缩性指标2）载荷试验及变形模量3）地基沉降计算：分层总和法、规范法4）土的单向固结理论5）沉降与时间的关系：两类工程问题6）利用沉降观测资料求后期沉降4土的抗剪强度要求：1）土的抗剪强度：Coulomb定理、Mohr- Coulomb定理土体的极限平衡条件2）抗剪强度试验：直剪试验、三轴试验、无侧限抗压强度试验5土压力要求：1）土压力的概念及类型2）静止土压力计算3）朗肯土压力理论：基本原理、适用条件、计算公式工程中朗肯土压力计算4）库伦土压力理论：基本原理、适用条件、计算公式6地基承载力要求：1）地基破坏模式2）地基的临塑荷载、临界荷载的定义、计算3）地基极限荷载的定义、计算：普朗达尔、太沙基、汉森公式4）地基容许承载力和地基承载力特征值7土坡和地基的稳定性要求：1）无粘性土坡的稳定性计算2）粘性土坡的稳定性计算：整体稳定分析法、条分法三.学习计划安排四.教材及参考书1．土力学（第二版），东南大学等校合编，中国建筑工业出版社，2005 2．土质学与土力学，洪毓康，人民交通出版社。
土力学第二章土的渗透性和渗透问题
渗流量 扬压力 渗水压力 渗透变形 渗流滑坡
挡水建筑物 集水建筑物 引水结构物 基坑等地下施工 边坡渗流
土坡稳定分析
Ch2 土的渗透性和渗流问题
Permeability and seepage problem of soil
§2.1 土的渗透性与渗透规律
Permeability and seepage law of soil
Permeability and seepage law of soil
三．渗透系数的测定及影响因素 1. 测定方法
• 室内试验方法1—常水头试验法 ▪试验装置：如图
▪试验条件: Δh，A，L=const
▪量测变量: Q，t
▪结果整理
Q qt vAt v ki i h
L
流体总体积
k QL Aht
Permeability and seepage problem of soil
渗透速度实际上是一种假想的平均速度！！
原因：假设水在土中渗流是通过整个土面积，而实际上水 仅通过土体中的孔隙
结果：水在土体中渗流的实际平均速度（ v s）比达西定律
求得的值大得多。
Q vA vs Av
vs
v
/
n
v(1 e) e
Seepage force and seepage deformaton
学习指导
学习目标 学习基本要求 参考学习进度
学习目标
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。
学习基本要求
掌握土的渗透定律 掌握二维渗流及流网绘制 掌握土中渗流量计算 掌握土中水的渗透力与地基渗透变形分析
v cr
(m 1 )
粗粒土：
土力学渗流专题教育课件
dh h1
h
Q 土样 L A
▪成果整顿: 选择几组Δh1, Δh2, t ，计算相应旳k，取平均值
t=t1
t t+dt
t=t2
h2
水头 测管
开关
a
§3.2土旳渗透性与渗透规律--渗透系数旳测定
• 野外测定措施－抽水试验和注水试验法
试验措施： 理论根据：
抽水量Q
A=2πrh i=dh/dr
Q Aki 2rh k dh
k1 0.01m / day k 2 1m / day k 3 100m / day
kx
kiHi 33.67m / day H
按层厚加权平均，由较大值控制
H
kz
0.03m / day Hi
ki
倒数按层厚加权平均，由较小值控制
第三章 土旳渗透性和渗流问题
§3.1 概述√
§3.2 土旳渗透性与渗透规律 √
kx
2h x2
kz
2h z 2
0
2h 2h 0
x2 z2
φ∝ h：势函数
与渗透系数无关
2 2
等价于水头
x2 z2 0
Laplace方程
§3.3平面渗流与流网 --平面渗流旳基本方程及求解
1. 基本方程 流线描述
z
ψ+dψ
ψ
dq
x
2 2 x2 z2 0
-dx vz dz
vx
(x,z)
i
h L
qx qmx
H Hm
等效渗透系数:
qx=vxH=kxiH Σqmx=ΣkmimHm
1
kx H kmHm
1
2 Δh
x
q1x
土力学第二章 土的渗透性及水的渗流1
第二章土的渗透性及水的渗流引言在许多实际工程中都会遇到渗流问题。
如水利工程中的土坝和闸基、建筑物基础施工中开挖的基坑等。
通常都要求计算其渗流量并评判其渗透稳定性。
当渗流的流速较大时，水流拖曳土体的渗透力将增大。
渗透力的增大将导致土体发生渗透变形，并可能危及建筑物或周围设施的安全。
因此，在工程设计与施工中，应分析可能出现的渗流情况，必要时采取合理的防渗措施。
图2.1 闸基渗流模拟图2.2 基坑渗流模拟§2.1 土的渗透定律由于土中孔隙是相互连同的，土体孔隙中的自由水会由于总水头差而产生流动，这种土体被水透过的性质，称为土的渗透性(permeability)。
一、渗透模型图2.3 水在土孔隙中的运动图2.4 渗流模型备注以土坝、闸基和基坑等大家熟悉的案例，引出本章要研究的问题，激发同学们的学习兴趣。
121. 不考虑渗流路径的迂回曲折，只分析它的主要流向；2. 不考虑土体中颗粒的影响，认为孔隙和土粒所占的空间之总和均为渗流所充满；3. 在同一过水断面，渗流模型的流量等于真实渗流的流量；4. 在任意截面上，渗流模型的压力与真实渗流的压力相等；5. 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。
二、土中渗流的总水头与水力梯度图2.5 渗流中的位置、压力和总水头液体流动应满足：连续原理和能量方程，即伯努里(D.Bernoulli)方程。
水头：单位重量水体所具有的能量，包括动能和位能。
gv uz h 22++=ωγ A 、B 两点的总水头可分别表示为：g vu z h A AA 221++=ωγg vu z h B BB 222++=ωγ式中A z 、B z —分别表示A 点和B 点相对于任意选定的基准面的高度，代表单位重量液体所具有的位能，故称为位置水头。
B A u u 、—分别为A 点和B 点的水压力，在土力学中称为孔隙水压力。
代表单位重量液体所具有的压力势能。
备 注结合水力学内容介绍。
东南大学等四校合编土力学第4版框架知识点及课后习题解析
1．砂类土和黏性土各有哪些典型的形成作用？
答：土在其形成过程中有各种风化作用共同参与，它们同时进行。砂类土主要是由于温度变化、波浪 冲击、地震引起的物理力使岩体崩解、破碎形成。黏性土主要是岩体与空气、水和各种水溶液相互作用形 成。
2．污染土是如何形成的，有哪些特点？ 答：（1）由于致污物质的侵入，使土的成分、结构和性质发生了显著变异的土，包括工业污染土、尾 矿污染土和垃圾填埋场渗滤液污染土等，污染土一般可分为重金属污染土、有机污染土、复合污染土等。 （2）污染土具有隐蔽性、滞后性、累积性、不可逆转性、难治理等特点。
表 1-1-2 风化作用的分类
3．土的成因类型（见表 1-1-3）
土力学-第3章土的渗透性及渗流
v k i
§3 土的渗透性及渗流
二. 土的层流渗透定律 适用条件：
层流（线性流）
§3.2土的渗透性 2. 达西定律
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Re进行判断：
• 室内试验方法1—常水头试验 法 试验装置：如图 试验条件: Δh，A，L=const 量测变量: Q，t 结果整理 Q=qt=vAt v=ki
三. 渗透试验及渗透系数
§3.2土的渗透性 1. 测定方法
h
土样
L Q
Q
i=Δh/L
QL k Ath
A
适用土类：透水性较大的砂性土
透水性较小的粘性土?
mgz
mg u w
u w
动能：
1 mv 2 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
16
§3 土的渗透性及渗流
§3.2土的渗透性
一．渗流基本概念
板桩墙
基坑
A B L
透水层
不透水层
渗流中的水头与水力坡降
17
§3 土的渗透性及渗流
§3.2土的渗透性
一．渗流基本概念 总水头－单位重量水体所具有的能量
u v2 h z w 2g
z：位置水 头 ：压力水 u/γ
w
uA w
Δh A
uB w
东南大学等四校合编《土力学》第4版重点笔记
东南大学等四校合编《土力学》第4版重点笔记东南大学等四校合编《土力学》（第4版）笔记和课后习题（含考研真题）详解目录绪论0.1 复习笔记第一章土的组成1.1 复习笔记1.2 课后习题详解1.3 考研真题与典型题详解第二章土的物理性质及分类2.1 复习笔记2.2 课后习题详解2.3 考研真题与典型题详解第三章土的渗透性及渗流3.1 复习笔记3.2 课后习题详解3.3 考研真题与典型题详解第四章土中应力4.1 复习笔记4.2 课后习题详解4.3 考研真题与典型题详解第五章土的压缩性5.1 复习笔记5.2 课后习题详解5.3 考研真题与典型题详解第六章地基变形6.1 复习笔记6.2 课后习题详解6.3 考研真题与典型题详解第七章土的抗剪强度7.1 复习笔记7.2 课后习题详解7.3 考研真题与典型题详解第八章土压力8.1 复习笔记8.2 课后习题详解8.3 考研真题与典型题详解第九章地基承载力9.1 复习笔记9.2 课后习题详解9.3 考研真题与典型题详解第十章土坡和地基的稳定性10.1 复习笔记10.2 课后习题详解10.3 考研真题与典型题详解第十一章土在动荷载作用下的特性11.1 复习笔记11.2 课后习题详解11.3 考研真题与典型题详解•试看部分内容复习笔记考点一：土力学的概念及学科特点★（1）土力学是指研究土体的一门力学，它是研究土体的应力、变形、强度、渗流及长期稳定性的一门学科。
广义的土力学包括土的生成、组成、物理化学性质及分类在内的土质学。
（2）土是由岩石经历物理、化学、生物风化作用以及剥蚀、搬运、沉积作用等交错复杂的自然环境中所生成的各类沉积物。
（3）特殊土有遇水沉陷的湿陷性土（如常见的湿陷性黄土）、湿胀干缩的胀缩性土（习称膨胀土）、冻胀性土（习称冻土）、红黏土、软土、填土、混合土、盐渍土、污染土、风化岩与残积土等。
（4）对土的基本力学性质和土工问题计算方法的研究验证，是土力学的两大重要研究课题。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
kA
aL l (2tt1)
nΔ1h Δ2h
k2
.3 aL l A(2t-t1)
gΔ1h Δ2h
▪结果整理:
(3-12b)
土力学东南大学土渗透性及渗流
选择几组Δh1, Δh2, t ，计算相应的k，取平均值
t t+ Δt
§3 土的渗透性及渗流 §3.2土的渗透性 3.2.3渗透试验及渗透系数
土力学东南大学土渗透性及渗流
v vcr o
v
o i0
v ki m (m 1) i
i
§3 土的渗透性及渗流 §3.2土的渗透性 3.2.3渗透试验及渗透系数
常水头试验法
室内试验测定方法
变水头试验法
野外试验测定方法
井孔抽水试验 井孔注水试验
土力学东南大学土渗透性及渗流
§3 土的渗透性及渗流 §3.2土的渗透性 3.2.3渗透试验及渗透系数
土力学东南大学土渗透性及渗流
防渗墙
防渗墙射水法施工
土力学东南大学土渗透性及渗流
防渗墙
§3 土的渗透性及渗流 §3.2 土的渗透性 3.2.1 渗流基本概念
一、渗流中的水头 (伯努力定理1738)
板桩墙
基坑
透水层 不透水层
土力学东南大学土渗透性及渗流
A
B L
§3 土的渗透性及渗流 §3.2 土的渗透性 3.2.1 渗流基本概念
总水头－单位质量水体所具有的能量
p v2 hz
w 2g
z：位置水头 p/γw：压力水头 V2/(2g)：流速水头≈0
总水头： h z p w
A点总水头：
pA w
h1 zA
0
A
B L
基准面
B点总水头：
水力坡降： i h
L
h1
zA
pA
w
h z p 2
土B力学东南大B学土渗透性及渗流h1h2h
砂土的水力梯度 与渗透速度呈线 性关系，符合达 西渗透定律。
土力学东南大学土渗透性及渗流
§3 土的渗透性及渗流 §3.2土的渗透性3.2.2层流渗透定律
适用条件
层流（线性流） ——大部分砂土，粉土；疏松的粘土及砂性较 重的粘性土
两种特例
粗粒土： ①砾石类土中的渗流不符合达西定律 ②砂土中渗透速度 vcr=0.3-0.5cm/s 粘性土： 致密的粘土 i>i0, v=k(i - i0 )
防渗斜墙及铺盖
土石坝
浸润线
渗流量
透水层 渗透变形
不透水层 土力学东南大学土渗透性及渗流
§3 土的渗透性及渗流 概述 板桩围护下的基坑渗流
板桩墙
基坑
透水层 不透水层
渗水压力 渗流量 渗透变形 扬压力
土力学东南大学土渗透性及渗流
§3 土的渗透性及渗流 概述 水井渗流
Q
天然水面
透水层 渗流量
不透水层
土力学东南大学土渗透性及渗流
断面平均流速 水力坡降
土力学东南大学土渗透性及渗流
v q A
i h L
vi
§3 土的渗透性及渗流 §3.2土的渗透性3.2.2层流渗透定律
达西定律 渗透定律
vi
vki
A
Av
k: 反映土的透水性能的比例系数，称为渗透系数 物理意义：水力坡降i＝1时的渗流速度 单位：mm/s, cm/s, m/s, m/day
1.室内渗透试验测定渗透系数
常水头法仅适用于：透水性较大的砂性土
透水性较小的粘性土
• 室内试验方法2—变水头试验法 ▪试验装置：如图 ▪试验条件: Δh变化，A，L=const ▪量测变量: Δh ，t
土力学东南大学土渗透性及渗流
§3 土的渗透性及渗流 §3.2土的渗透性
3.2.3渗透试验及渗透系数
第三章 土的渗透性及渗流
土力学东南大学土渗透性及渗流
H
§3 土的渗透性及渗流
§3.1概述
上游
浸润线 下游
流线 等势线
土坝蓄水后水透 过坝身流向下游
隧道开挖时，地下 水向隧道内流动
在水位差作用下，水透过土体孔隙的现象称为渗透 土力学东南大学土渗透性及渗流
§3 土的渗透性及渗流
§3.1 概述
土是具有连续孔隙的介质。当土作为建筑物的地 基和直接用作建筑材料时，水就会在水位差的作 用下，从水位较高的一侧透过土的孔隙流向水位 较低的一侧。
§3 土的渗透性及渗流 概述 渠道渗流
渗流量
渗流时地下水位 原地下水位
土力学东南大学土渗透性及渗流§2 土的渗透性及渗流 概述 渗流滑坡
渗流滑坡
土力学东南大学土渗透性及渗流
§3 土的渗透性及渗流 概述
渗透的定义及土的渗透性
水透过土体孔隙的现象成为渗透 土具有被水透过的性能称为土的渗透性 水在土体中的渗透，一方面会造成水量的
1.室内渗透试验测定渗透系数
• 室内试验方法1—常水头试验法
▪试验装置：如图 ▪试验条件: Δh，A，L=const
▪量测变量: Q，t
▪结果整理
q=Q/t q=kAi i=Δh/L
k QL AΔht
适用土类：透水性较大的土力砂学性东土南大学土渗透性及渗流
§3 土的渗透性及渗流 §3.2土的渗透性 3.2.3渗透试验及渗透系数
损失，影响工程效益；另一方面将引起土 体内部的应力状态的变化，从而改变水工 建筑物或地基的稳定条件，严重时还会酿 成破坏事故。 土的渗透性的强弱，对土体的固结、强度 以及工程施工都有非常重要的影响
土力学东南大学土渗透性及渗流
§3 土的渗透性及渗流 概述
渗透性研究主要有以下三方面:
渗流量问题 渗透破坏问题 渗流控制问题
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。
注意：
V：假想渗流速度，土体试样全断面的平均渗流速度
Vs：实际平均渗流速度，孔隙断面的平均渗流速度
n Av A
A > Av
q＝VA ＝ V A 土s力学v东南大学土渗透性及渗流
v
vs
v n
§3 土的渗透性及渗流 §3.2土的渗透性3.2.2层流渗透定律 流速与水力梯度的关系－砂土
w
Δh
pB
w h2 zB
0
§3 土的渗透性及渗流 §3.2 土的渗透性
Darcy渗透定律 (1855)
由于土中孔隙一般非常微 小，水在土体中流动时的 粘滞阻力很大，流速缓慢 层流
即:相邻两个水分子运动 的轨迹互相平行而不混流
3.2.2 层流渗透定律
Δh↑，q↑ A↑，q↑ L↑， q↓
q A h L
1.室内渗透试验测定渗透系数
• 室内试验方法2—变水头试验法
▪理论依据:
t时刻： Δh Δt dh
流入量：dQr= - adh 流出量：dQc=kiAdt=k (Δh/L)Adt
连续性条件： dQr=dQc
-adh =k (Δh/L)Adt
t2 t1
d
tkaALΔ Δ12hhΔ dhh
dt aLdh kAh