土中水的运动规律分析轨迹
合集下载
土中水的运动规律
在实践中也有些估算毛细水 上升高度的经验方式，如海森 (A.Hazen)的经验公式：
hc
C ed10
通过试验可以得出，在较粗
颗粒土中，毛细水上升一开始进
行的很快，以后逐渐缓慢，细颗
粒土毛细水上升高度较大，但上
升速度较慢。
土中水的运动规律
3.2.3 毛细压力
毛细压力可以用图3.3来说明。 图中两个土粒(假想是球体)的接 触面间有一些毛细水，土粒表面 的湿润作用，使毛细水形成弯液 面。在水和空气的分界面上产生 的表面张力是沿着弯液面切线方 向作用的，它促使两个土粒互相 靠拢，在土粒的接触面上就产生 一个压力，称为毛细压力。
土中水的运动规律
3.1 概述
土中水的运动规律
土中水并非处于静止不变的状态，而是处于运动状态。土 中水的运动原因和形式很多，例如，在重力作用下，地下水的 流动(土的渗透性问题)；在土中附加应力作用下孔隙水的挤出 (土的固结问题)；由于表面张力作用产生的水分移动(土的毛 细现象)；在土颗粒分子引力作用下结合水的移动(如冻结时土 中水分的移动)；由于孔隙水溶液中离子浓度的差别产生的渗 附现象等。土中水的运动将对土的性质产生影响，在许多工程 实践中碰到的问题，如流沙、冻胀、渗透固结、渗流时的边坡 稳定等，都与土中水的运动有关。故本章着重研究土中水的运 动规律。
dQadh
dQ k h Fdt l
adhk h Fdt l
k al lnh1 F(t2 t1) h2
土中水的运动规律
2) 现场抽水试验
(1)无压完整井
q ln( R )
k
(H
2
r0
h
2 0
)
(2)无压非完整井
k
qlnrR0
hc
C ed10
通过试验可以得出，在较粗
颗粒土中，毛细水上升一开始进
行的很快，以后逐渐缓慢，细颗
粒土毛细水上升高度较大，但上
升速度较慢。
土中水的运动规律
3.2.3 毛细压力
毛细压力可以用图3.3来说明。 图中两个土粒(假想是球体)的接 触面间有一些毛细水，土粒表面 的湿润作用，使毛细水形成弯液 面。在水和空气的分界面上产生 的表面张力是沿着弯液面切线方 向作用的，它促使两个土粒互相 靠拢，在土粒的接触面上就产生 一个压力，称为毛细压力。
土中水的运动规律
3.1 概述
土中水的运动规律
土中水并非处于静止不变的状态，而是处于运动状态。土 中水的运动原因和形式很多，例如，在重力作用下，地下水的 流动(土的渗透性问题)；在土中附加应力作用下孔隙水的挤出 (土的固结问题)；由于表面张力作用产生的水分移动(土的毛 细现象)；在土颗粒分子引力作用下结合水的移动(如冻结时土 中水分的移动)；由于孔隙水溶液中离子浓度的差别产生的渗 附现象等。土中水的运动将对土的性质产生影响，在许多工程 实践中碰到的问题，如流沙、冻胀、渗透固结、渗流时的边坡 稳定等，都与土中水的运动有关。故本章着重研究土中水的运 动规律。
dQadh
dQ k h Fdt l
adhk h Fdt l
k al lnh1 F(t2 t1) h2
土中水的运动规律
2) 现场抽水试验
(1)无压完整井
q ln( R )
k
(H
2
r0
h
2 0
)
(2)无压非完整井
k
qlnrR0
第三章 土中水的运动 170405
三. 渗透变形（渗透破坏）
1. 基本类型：流土
在向上的渗透作用下，表层局部范围内的土体或 颗粒群同时发生悬浮、移动的现象
流土原因：i icr
坝体 粘性土k1<<k2 渗流 砂性土k2
icr = g/gw =(Gs-1)/(1+e), 与土的物理性质有关
2. 形成条件：流土
i < icr : 土体处于稳定状态 i > icr : 土体发生流土破坏 i = icr : 土体处于临界状态 允许坡降：i<[i]=icr /Fs 流土安全系数：Fs=1.5~2.0
二. 临界水力坡降
回 顾 P1
A=1 W
a b
W’
贮水器
hw
L 0 土样
Δh h1 h2
0
J
P2 R
静水中的土体 R = gL
滤网
渗流情况下的土体 R = gL - gwh = (g-j)L
Q: If R0, What Happens?
二. 临界水力坡降
P1
A=1 P2 R W
W’
J
流土 R = W - J = 0 (g-j)L = 0 临界水力坡降 icr = j/gw = g/gw icr = (Gs-1)/(1+e)
§3.1 土的渗透性与渗透规律
(Seepage Theory)
§3.2 渗透力与渗透变形
(Seepage Force and Seepage Deformation)
一、渗流中的水头与水力坡降 二、渗透试验与达西定律 三、渗透系数的测定
一．渗流中的水头与水力坡降
水往低处流
位置：使水流从位置势能高处 流向位置势能低处
m
[优选文档]土中水的运动规律PPT
![[优选文档]土中水的运动规律PPT](https://img.taocdn.com/s3/m/ab0672d8ee06eff9aff807aa.png)
§2.3 动水压力和流沙现象
2.3.1 动水力的计算公式
1.渗透力——渗透水流施加于单位土粒上的拖曳力
沿水流方向放置两个测压 管，测压管水面高差h
h1 1
h 2 h2
土粒对水流 的阻力应为
土样 面积
F whA
L
水流流经这段土体，受பைடு நூலகம்到土颗粒的阻力，阻力 引起的水头损失为h
根据牛顿第三定律，试样的总 渗流力J和土粒对水流的阻力 F大小相等，方向相反
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（k>103cm/s）的土，例如砂土。
时间t内流出的水量 VQtk iAtkhAt L
一、实验室测定法
k QL hAt
2.变水头试验————整个试验过程水头随时间变化
截面面积a
适用于透水性差，渗透系数 小的粘性土
任一时刻t的水头差为h，经 时段dt后，细玻璃管中水位 降落dh，在时段dt内流经试
土中水的运动规律
（优选）土中水的运动规律
土是具有连续孔隙的介质，水在重力作用下可以穿过土的
孔隙而发生流动。下面讨论毛细作用和土中水的渗流问题。
§2.1 使建筑物的防潮要求更高. 土中毛细水及其对工程的影响
2.1.1 土层中的毛细水分布 各点的水力梯度求出后，由达西定律可求出渗透速度的大小，第i网格的渗透速度为
2.1. 3 土的毛细现象对工程的影响
1. 引起建筑物地基冻害. 2. 使建筑物的防潮要求更高. 3. 浸蚀混凝土及钢筋. 4. 使土层沼泽化.
§2.2 土的渗透性
2.2.1 土的层流渗透定律
上游
浸润线 下游
土坝蓄水后水 透过坝身流向 下游
流线 等势线
第二章 土的水的运动规律2
土石坝坝基坝身渗流
防渗斜墙及铺盖 不透水层
土石坝 浸润线
透水层
渗流量 渗透变形
§2 土中水运动规律 §2.2土的渗透性 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
§2 土中水运动规律 §2.2土的渗透性
水井渗流 Q
概述
天然水面
不透水层
透水层
渗流量
§2 土中水运动规律 §2.2土的渗透性 概 述
v k i ib
密实粘土 i
§2 土中水运动规律 §2.2土的渗透性
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（k >10-3cm/s）的土，例如砂土。
二 渗透系数
时间t内流出的水量
Q qt vAt kiAt k h At L
k QL
Q
hAt
§2 土中水运动规律 §2.2土的渗透性
突涌 非渗透破坏
§2 土中水运动规律 §2.3 渗透力与渗透变形四 动水力及流砂
3、防治措施
1)水工建筑物渗流处理措施
水工建筑物的防渗工程措施一般以“上堵下疏”为原则——上游截渗、延长 渗径，减小渗透压力，防止渗透变形
①垂直截渗 主要目的:延长渗径，降低上、下游的水力坡度，若垂直截渗能完全截断透水 层，防渗效果更好。垂直截渗墙、帷幕灌浆、板桩等均属于垂直截渗
管涌 原因：
内因—— 有足够多的粗颗粒 形成大于细粒直径的孔隙
管涌破坏
外因——渗透力足够大
§2 土中水运动规律 §2.2土的渗透性
2.渗透变形
流砂与管涌的比较
四 动水力及流砂
流砂 现象 土体局部范围的颗粒同时
防渗斜墙及铺盖 不透水层
土石坝 浸润线
透水层
渗流量 渗透变形
§2 土中水运动规律 §2.2土的渗透性 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
§2 土中水运动规律 §2.2土的渗透性
水井渗流 Q
概述
天然水面
不透水层
透水层
渗流量
§2 土中水运动规律 §2.2土的渗透性 概 述
v k i ib
密实粘土 i
§2 土中水运动规律 §2.2土的渗透性
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（k >10-3cm/s）的土，例如砂土。
二 渗透系数
时间t内流出的水量
Q qt vAt kiAt k h At L
k QL
Q
hAt
§2 土中水运动规律 §2.2土的渗透性
突涌 非渗透破坏
§2 土中水运动规律 §2.3 渗透力与渗透变形四 动水力及流砂
3、防治措施
1)水工建筑物渗流处理措施
水工建筑物的防渗工程措施一般以“上堵下疏”为原则——上游截渗、延长 渗径，减小渗透压力，防止渗透变形
①垂直截渗 主要目的:延长渗径，降低上、下游的水力坡度，若垂直截渗能完全截断透水 层，防渗效果更好。垂直截渗墙、帷幕灌浆、板桩等均属于垂直截渗
管涌 原因：
内因—— 有足够多的粗颗粒 形成大于细粒直径的孔隙
管涌破坏
外因——渗透力足够大
§2 土中水运动规律 §2.2土的渗透性
2.渗透变形
流砂与管涌的比较
四 动水力及流砂
流砂 现象 土体局部范围的颗粒同时
土中水的运动规律
•
•
（2）考虑竖直向渗流时（水流方向与土层垂直）
总的流量等于每一土层的流量，总的截面积等于各 土层的截面积，总的水头损失等于每一层的水头损失之和 h h h 。 k q q (h h ) q (h h ) q (h h ) h h h FI F H F (H H ) F q h q h k k k Fk Fk
•
v k (I I 0 )
中 国 人 民 解 放 军 理 工 大 学 工 程 兵 工 程 学 院 多 媒 体 教 学 课 件
• •
三、土的渗透系数 土的渗透系数可由经验参考数值确定，也可通过室 内试验、现场抽水试验测定。 • 1、室内常水头渗透试验 • 试验装置见图3-7。由试验测得的结果计算如下： • • • • 2、变水头渗透试验 Ql k HFt 试验装置如图3-8。由此可求得渗透系数： al h1 3、现场抽水试验 k ln Ft h2 现场抽水试验见图3-9。从而求得渗透系数为：
•
•
多年冻土：冻结状态持续三年或三年以上的土层。
冻土的危害：冻土由冻结及融化两种作用引起。在 冻结时，由于水结成冰体积要膨胀9%，引起土体膨胀， 使地面隆起，称为冻胀现象。冻胀引起路基开裂、路面鼓 包、开裂，建筑物上抬、开裂、倾斜，甚至倒塌。融化时 ，土中冰融化成水使土的含水量增加，强度下降，冰水积 聚，容易引起路面翻浆冒泥，使路面破坏、建筑物也融陷 。
z0 0.28
T
m
7 0.5
中 国 人 民 解 放 军 理 工 大 学 工 程 兵 工 程 学 院 多 媒 体 教 学 课 件
The End
中 国 人 民 解 放 军 理 工 大 学 工 程 兵 工 程 学 院 多 媒 体 教 学 课 件
土中水的运动规律
土中水的运动规律土中水的运动规律土中水的运动规律是指在土壤中的水分在不同条件下的运动方式和规律。
对于农业生产、水资源管理等领域而言，了解土中水的运动规律对于实现高效用水、科学灌溉等方面具有重要的指导意义。
首先，土中水的运动受到土壤的渗透性和土壤含水量的影响。
不同类型的土壤对水分的渗透性有差异，例如，沙质土壤的渗透性较好，而粘性土壤的渗透性较差。
当土壤中的含水量较低时，水分更容易渗透进入土壤。
然而，当土壤中的含水量达到一定程度时，增加的水分会以多孔隙或毛细管的形式存储在土壤中。
因此，合理掌握土壤渗透性和含水量，有助于合理利用土地资源和水资源。
其次，土中水的运动受到水分的压力和土壤孔隙结构的作用。
土壤中的水分存在一定的压力，使得水分向低压力区域移动。
此外，土壤的孔隙结构也会影响水分的流动速度和方向。
当土壤中孔隙较大、连通性好时，水分的运动速度相对较快；相反，当孔隙较小、连通性差时，水分的运动速度较慢。
了解土壤孔隙结构和水分压力，有助于科学排水、提高灌溉效果。
此外，土中水的运动还受到土壤的水分流动无序性和重力作用的影响。
土壤中的水分运动往往呈现无序性，存在较为复杂的渗流路径和流向。
水分在流动过程中受到土壤颗粒的摩擦、黏附力和重力的作用，这些因素会影响水分运动的方向和速度。
因此，在农业生产中，合理安排灌溉方式和施肥间隔，有助于优化土壤中水分的分布和运动。
综上所述，土中水的运动规律与土壤的渗透性、含水量、水分压力、孔隙结构、无序性以及重力作用密切相关。
了解土中水的运动规律，可以指导农业生产中的灌溉施肥、水资源管理等工作，实现高效用水、提高农作物产量、保护水资源等目标。
因此，在实际应用中，我们应当结合具体的土壤条件和需求，科学合理地利用土中水的运动规律，推动农业的可持续发展。
第二章 土中水的运动规律 土力学与基础工程
ln
h1 h2
三、 影响土渗透性的因素
1）土的粒度成分及矿物成分：土颗粒越粗，越浑圆，越均匀， 渗透性越大；粘土中含亲水性较大的粘土矿物或有机质时， 渗透性大为降低。 2）结合水膜厚度：水膜越厚，渗透性越小。 3）土的结构构造：黃土竖向渗透系数要比水平向大得多；夹 有粉砂层的层状粘土，水平向渗透系数比竖向大得多。 4）水的粘滞度：不同温度下，水的粘滞度不同，室内试验 中 一般将测定 的kt值修正为100c水温时的k10值：k10=kt 5）土中气体：土中有密闭气泡时，将降低土的渗透性，因此 室内试验应用不含溶解空气的蒸馏水。
设玻璃管的内截面积为a，试 验开始以后任一时刻 t 的水 位差为 h ，经时段 dt ，细玻 璃管中水位下落 dh ，则在时 段dt内流经试样的水量
dQ adh
dQ k h l Fdt
dQ adh
dQ k h l
adh k
Fdt
h l
Fdt
k
al F ( t 2 t1 )
各向同性土的流网性质 • 流网是相互正交的网格: 由于流线与等势线具有相互正交 的性质，故流网为正交网格； • 流网为曲边正方形: 在流网网格中，网格的长度l与宽度b 之比通常取为定值，一般取1.0，使之成为曲边正方形； • 任意两相邻等势线间的水头损失相等； • 任意两相邻流线间的单位渗流量相等。
v=v(x,z)
vz v z z dz
连续性条件
达西定律
z
假定： x k z k 介质不可压缩
vx
v x x
dx
vx vz
x
连续性条件
dq
e
v x dz v z dx
vz
第3章土中水的运动规律
室内试验测定法 渗透系数的确定 现场抽水试验
成层土的渗透系数
1) 室内试验测定法
(1)常水头法
常水头法就是在整个试验过程 中，水头保持不变。用量筒和秒表
测出某一时刻t内流经试样的水量Q，
即可求出流过土体的流量，再根据
达西定律求解k。
v Q Ft
k Ql FHt
土中水的运动规律
(2)变水头法
设玻璃管的内截面积为a，试验开 始以后任一时刻t的水位差为h，经时 段dt，细玻璃管中水位下落dh，则在 时段dt内流经试样的水量：
3.3.2 土的层流渗透定律
土中水的运动规律
或
渗透定律(达西定律)： q kIF 或 v kI
土中水的运动规律
在黏土中，应按下 述修正后的达西定 律计算渗流速度：
v k(I I0)
3.3.3 土的渗透系数
土中水的运动规律
渗透系数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。
土中水的运动规律
3.3 土的渗透性
上游
浸润线 下游
流线 等势线
土中水的运动规律
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
H
土孔隙中的自由水在重力的作用下发生运动的现象， 称为土的渗透性。
3.3.1 渗流模型
土中水的运动规律
考虑到实际工程中并不需要了解具体孔隙中的渗流情况，对 渗流作出如下的简化：一是不考虑渗流路径的迂回曲折，只分析 它的主要流向；二是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。作了这种简化后的渗流其实 只是一种假想的土体渗流，称之为渗流模型。
土中水的运动规律
水在土中渗流时，受到土颗粒的阻力的作用，这个力 的作用方向是与水流方向相反的。根据作用力与反作用力 相等的原理，水流也必然有个相等的力作用在土颗粒上， 我们把水流作用在单位体积土体中土颗粒上的力称为动水 力，也称为渗流力。
第3讲 土中水运动规律.ppt
2．渗透速度计算
各点的水力梯度求出后，由达西定律可求出渗 透速度的大小，第i网格的渗透速度为
3．渗流量计算
流过i网格两流线间的流量为
若流线间的网格数为m，又流网中任意两相邻 流线间的单宽流量是相等的，则渗流范围内的总流 量为
若流网的网格为曲线正方形，即li = bi，则上式 可写成
本章作业
动力粘滞系数随水温发生明显的变化。水温愈高，水的 动力粘滞系数愈小，土的渗透系数则愈大。
k20 kT T 20
4.土中封闭气体含量
T、20分别为T℃和20℃时水
的动力粘滞系数，可查表
土中封闭气体阻塞渗流通道，使土的渗透系数降低。
封闭气体含量愈多，土的渗透性愈小。
四、例题分析
【例】 设做变水头渗透试验的粘土试样的截面积为 30cm2，厚度为4cm，渗透仪细玻璃管的内径为 0.4cm，试验开始时的水位差为160cm，经时段15分 钟后，观察得水位差为52cm，试验时的水温为30℃， 试求试样的渗透系数
2.如孔隙中细粒含量较多，以至塞满全部孔隙（此时细料含 量约为30%－35%），此时的阻力最大，一般不出现管涌而 会发生流土现象
４.临界水力坡度———使土体开始发生渗透变形的水力坡度
J 当土颗粒的重力与渗透力相等时，土颗粒不受任何 力作用，好像处于悬浮状态，这时的水力坡降即为 临界水力坡降
G
GJ
对于平面渗流问题。可用下面的拉普拉斯微分方程求解：
2.４.２流网及其性质
可用解析法、数值法等，求解拉普拉斯方程， 并将其结果可绘成流网。
流网——由流线等势线组成的网格。 流网的性质：
①流线与等势线互相正交； ②每个网格的长宽比为常数，即li/bi=C，当C= 1.0时，网格为曲线正方形； ③任意两相邻流线间的渗流量相等； ④任意两相邻等势线间的水头损失相等。
第二章 土中的水及其流动
i icr Fs
Fs为安全系数，其取值不一定，但大多数不小于1.5。
33
⑵管涌─指在渗流作用下，无粘性土中的细小颗粒
通过较大颗粒的孔隙，发生移动并被带出的现象。
发生管涌，其水力梯度必须超过其临界值。但应 注意，管涌的临界水力梯度与流土的水力梯度不同， 有关的研究工作还不够，尚无公认合适的计算公式。
J F w hA
渗流作用于单位土体的力
j J AL
w hAΒιβλιοθήκη AL i w说明：
渗透力j是渗流对单位土体的作用力，是一种体积 力，其大小与水力梯度成正比，作用方向与渗流 方向一致，单位为kN/m3。 渗透力的存在，将使土体内部受力发生变化，这种
变化对土体稳定性有显著的影响。
26
4.成层土的平均渗透系数 通过整个土层的总渗流 ⑴水平渗透系数
q1x qx q2x k1 k2 k3
n
H1 H2 H H3
量qx应为各土层渗流量 之总和
q x q1 x q 2 x q n x
q3x
q
i 1
n
ix
达西定律
q x k x iH
q
i 1
ix
k 1 iH
1856年法国学者Darcy对砂土的渗透性进行研究
1、达西渗透实验装置
①直立圆筒。横截面积为A， 上端开口。在圆筒侧壁装有两支 相距为L的侧压管。 ②滤板。滤板上填放颗粒均 匀的砂土。 ③：溢水管。水由上端注入 圆筒，多余的水从此溢出，使 筒内水位维持一恒定值。 ④：短水管。渗透过滤板的 水从此流入⑤。 ⑤量杯。计算渗流量q。 同时读取断面1-1和断面2-2处 的侧压管水头值h1、h2，得到两 断面之间的水头损失△h= (L+h1)
Fs为安全系数，其取值不一定，但大多数不小于1.5。
33
⑵管涌─指在渗流作用下，无粘性土中的细小颗粒
通过较大颗粒的孔隙，发生移动并被带出的现象。
发生管涌，其水力梯度必须超过其临界值。但应 注意，管涌的临界水力梯度与流土的水力梯度不同， 有关的研究工作还不够，尚无公认合适的计算公式。
J F w hA
渗流作用于单位土体的力
j J AL
w hAΒιβλιοθήκη AL i w说明：
渗透力j是渗流对单位土体的作用力，是一种体积 力，其大小与水力梯度成正比，作用方向与渗流 方向一致，单位为kN/m3。 渗透力的存在，将使土体内部受力发生变化，这种
变化对土体稳定性有显著的影响。
26
4.成层土的平均渗透系数 通过整个土层的总渗流 ⑴水平渗透系数
q1x qx q2x k1 k2 k3
n
H1 H2 H H3
量qx应为各土层渗流量 之总和
q x q1 x q 2 x q n x
q3x
q
i 1
n
ix
达西定律
q x k x iH
q
i 1
ix
k 1 iH
1856年法国学者Darcy对砂土的渗透性进行研究
1、达西渗透实验装置
①直立圆筒。横截面积为A， 上端开口。在圆筒侧壁装有两支 相距为L的侧压管。 ②滤板。滤板上填放颗粒均 匀的砂土。 ③：溢水管。水由上端注入 圆筒，多余的水从此溢出，使 筒内水位维持一恒定值。 ④：短水管。渗透过滤板的 水从此流入⑤。 ⑤量杯。计算渗流量q。 同时读取断面1-1和断面2-2处 的侧压管水头值h1、h2，得到两 断面之间的水头损失△h= (L+h1)
- 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)。
第二章 土中水的运动规律§2.1概述
碎散性
多孔介质
三相体系
孔隙流体流动
能量差
水在土体孔隙中流动的现象
渗流
土体被水透过的性能
渗透性
渗透特性 强度特性 变形特性
第二章 土中水的运动规律 §2.1概述
土的渗透性研究主要包括以下三个方面
➢ 渗漏 (渗流量问题) 因渗透而引起的水量损失，影响闸坝蓄水等经济效益。 如：坝、围堰、水库、集水建筑物等。
渗流的总水头： h z u 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
第二章 土中水的运动规律 §2.2 土的渗透试验和达西定律
•
A点总水头：hA
zA
uA
w
•
B点总水头： hB
z
B
uB
w
• 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
uB w
u0pa
B
静水 A zB
0 基准面
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
u A 压力水头：水压力所能引起的自由
w
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
zA
直距离，等于位置水头和压力水头
0
之和，表示单位重量液体的总势能
第二章 土中水的运动规律
第二章 土中水的运动规律§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 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
渗流 土颗粒 土中水
水在土体孔隙中流动的现象称为渗流 土具有被水等流体透过的性质称为土的渗透性
土体中的渗流
在静止液体中各点的测管水头相等
位置、压力和测管水头
第二章 土中水的运动规律 §2.2 土的渗透试验和达西定律
水往低处流
位置：使水流从位置势能 高处流向位置势能低处
速度v
水往高处“跑”
压力u
流速：水具有的动能 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
第二章 土中水的运动规律 §2.2 土的渗透试验和达西定律
h1 L
水力坡降： ihh1h2
h2
LL
第二章 土中水的运动规律 §2.2 土的渗透试验和达西定律
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
A
n Av A
A > Av
Av
Q＝VA ＝ VsA
v
vs
v n
第二章 土中水的运动规律 §2.2 土的渗透试验和达西定律 二. 达西定律适用条件
质量 m 压力 u 流速 v
0 基准面
u w
z
0
位置势能： mgz
压力势能： 动能： 总能量：
mg u w
1 mv2 2 E mgz mg u 1 mv2
w 2
单位重量水流的能量：
h z u v2 w 2g
称为总水头，是水流动 的驱动力
水流动的驱动力 - 水头
第二章 土中水的运动规律 §2.2 土的渗透试验和达西定律
➢Hale Waihona Puke 渗透稳定(渗透变形问题): 土的稳定性受到渗流破坏，土体颗粒流失，关系工程成 败。如：水工建筑物地基、挡水建筑物等。
➢ 渗流控制问题： 当渗流量或渗透变形不满足设计要求时，要研究如何采 取工程措施进行渗流控制。
渗流模型： 1、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 所占的空间之和均为渗流所充满。
第二章 土中水的运动规律 §2.2 土的渗透试验和达西定律 一. Darcy定律
Darcy 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。
Vki
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
uA w
hA zA
水力坡降线
A
B L
基准面
Δh
uB
w hB zB
h hA hB
• 水力坡降 i：单位渗流长度上的水头损失
i h L
水力坡降
第二章 土的渗透性
§2.2 土的渗透试验和达西定律
一．Darcy定律
水在土中渗透的基本规律
二．Darcy定律的适用范围
三．渗透试验简介
四．影响渗透系数的因素 五．层状地基的等效渗透系数
天然水面
不透水层
透水层 渗流量
第二章 土中水的运动规律§2.1概述
渠道渗流
原地下水位
渗流量
渗流时地下水位
第二章 土中水的运动规律 §2.1概述
渗流滑坡
渗流滑坡
第二章 土中水的运动规律 §2.1概述
土的渗透性及渗透规律 二维渗流及流网
渗透力与渗透变形
渗流量
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
滑 坡
溃 坝
管 涌
第二章 土中水的运动规律 §2.1概述
土石坝坝基坝身渗流
防渗斜墙及铺盖 不透水层
土石坝
浸润线
透水层
渗流量 渗透变形
第二章 土中水的运动规律§2.1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
第二章 土中水的运动规律 §2.1概述
水井渗流
Q
土坡稳定分析
第二章 土中水的运动规律 §2.2 土的渗透试验和达西定律
水头与水力坡降 土的渗透试验与
达西定律
渗透系数的测定
及影响因素
层状地基的等效
渗透系数
渗流的驱动能量 反映渗流特点的定律 土的渗透性 一维渗流计算
土的渗透性与渗透规律
第二章 土中水的运动规律 §2.2 土的渗透试验和达西定律
v
o i0
v ki m (m 1) i
可以用粒径来描述Darcy定律的范围
层流（线性流） ——大部分砂土，粉土；疏松的黏土及砂性较 重的黏性土
两种特例
上限：粗粒土 v>vcr
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
下限：黏性土(结合水膜的影响）
致密的黏土 i>i0, v=k(i - i0 )
v vcr o
板桩墙 基坑
A
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
第二章 土中水的运动规律 §2.2 土的渗透试验和达西定律
总水头：单位重量水体所具有的能量 h z u v2
w 2g
位置水头Z：水体的位置势能（任选基准面） 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）