土力学-第三章土的渗透性及渗流
经典土力学课件渗流清华张丙印
水的动力粘滞系数： 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 渗透面积，还可以堵塞孔隙 的通道
渗透系数的影响因素
§2.2 土的渗流性与渗透规律
仁者乐山 智者乐水
天然土层多呈层状
• 确立各层土的ki • 根据渗流方向确定等效渗流系数
等效渗透系数
多个土层用假想单一土层置换， 使得其总体的透水性不变
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
仁者乐山 智者乐水
渗流的驱动能量 反映渗流特点的定律 土的渗透性 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
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
• 井孔抽水试验 • 井孔注水试验
渗透系数的测定方法
§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，A，L=const 量测变量: 体积V，t
V=Qt=vAt v=ki
i=Δh/L
h
k VL
土样
L
Aht
A
Q
适用土类：透水性较大的砂性土
V
室内试验方法-常水头试验法
§2.2 土的渗流性与渗透规律
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
vs
v n
其中，Vs为实际平均流速，孔隙断面的平均流速
达西定律
§2.2 土的渗流性与渗透规律
仁者乐山 智者乐水
适用条件：层流（线性流动） 水 2.0
土力学第三章土的渗透性
土体的临界状 态-2
• 土体中的有效应力： 当土体处于临界状态时，渗流方向从下往上，这时，渗透 力等于土样的浮容重，土体中的有效应力为：
=h2-h
=h2-h/i=h2-h/i=h2-h2=0
说明： 有效应力为0，表明土颗粒间不存在接触应力，在渗流作用 下，试样处于即将被浮动的临界状态。 所以，土体的渗透变形取决于土的浮容重与向上的渗透力的 大小。
vk(iib)
粘性土的渗透性：
相同水力坡降条件下，水在 砂土中可以流动，
而在粘性土中只有水力坡降 大于起始水力坡降时才流动
起始水力坡降ib：
由于粘性土的颗粒之间存在连接 力所致。
渗透系数的测 定
试验方法：
常水头试验：
常水头试验、变水头 试验
k
QL
Aht
在试验过程中水头始终 保持不变，适用于粗粒 土。
有效应力和孔 隙水压力
• 外荷载分担： 外加荷载作用在土体上，一部分由土颗粒承担，一部分由孔 隙水承担，一部分由孔隙气体承担。 对于饱和土，外加荷载只由土颗粒和水承担。
• 总应力： 指外荷载作用在土体上的总的应力。
• 有效应力： 指土体中的土颗粒所承担的外荷载部分所产生的应力。
• 孔隙水压力： 指土体中的水所承担的外荷载部分所产生的应力。
成正比；
渗透力的方向与渗 流方向一致；
3
当渗流方向与土体的重力
方向相反时，渗流的运动 5
对土体的稳定有影响。
2
单位体积渗透力是 一的重心处。
渗透变形
• 渗透变形：指渗透水流导致土体发生变形或破坏的现象。 • 渗透变形的形式： 流土、管涌 • 流土：
指粘性土或非粘性土在渗透水流作用下，土中某一部分 土体同时发生移动的现象，发生于渗流出逸处。 • 管涌： 非粘性土在渗透水流作用下，土中细小颗粒沿着粗大颗 粒间的孔 隙被带出到土体外面的现象，发生于土体内 部或渗流出逸处。
土质学与土力学考试习题库及答案
《土质学与土力学》习题库注：红色标注的内容是不考试的内容，黑色的内容为考试内容。
第一章习题一．填空题1．土粒粒径越，颗粒级配曲线越，不均匀系数越，颗粒级配越。
为了获得较大密实度，应选择级配的土粒作为填方或砂垫层的材料。
2．粘土矿物基本上是由两种原子层(称为品片)构成的，一种是，它的基本单元是Si—0四面体，另一种是，它的基本单元是A1—OH八面体。
3．土中结构一般分为、和三种形式。
4．衡量天然状态下粘性土结构性强弱的指标是，其定义是值愈大，表明土的结构性，受扰动后土的强度愈多。
5．土中主要矿物有、和。
它们都是由和组成的层状晶体矿物。
二．选择题1．在毛细带范围内，土颗粒会受到一个附加应力。
这种附加应力性质主要表现为( )(A)浮力； (B)张力； (C)压力。
2．对粘性土性质影响最大的是土中的( )。
(A)强结合水； (B)弱结合水； (C)自由水； (D)毛细水。
3．砂类土的重要特征是( )。
(A)灵敏度与活动度； (B)塑性指数与液性指数；(C)饱和度与含水量； (D)颗粒级配与密实度。
4．土中所含“不能传递静水压力，但水膜可缓慢转移从而使土具有一定的可塑性的水，称为( )。
(A)结合水； (B)自由水； (C)强结合水； (D)弱结合水。
5．软土的特征之一是( )。
(A)透水性较好； (B)强度较好； (C)天然含水量较小； (D)压缩性较高。
6．哪种土类对冻胀的影响最严重?( )(A)粘土； (B)砂土； (C)粉土。
7．下列粘土矿物中，亲水性最强的是( )。
(A)高岭石； (B)伊里石； (C)蒙脱石8．对土粒产生浮力的是( )。
（A）毛细水； (B)重力水； (C)强结合水， (D)弱结合水。
(9)毛细水的上升，主要是水受到下述何种力的作用？( )(A)粘土颗粒电场引力作用； (B)孔隙水压力差的作用(C)水与空气交界面处的表面张力作用。
(10)软土的特征之一是( )。
(A)透水性较好； (B)强度较好； (C)天然含水量较小； (D)压缩性较高三．问答题2．什么是颗粒级配曲线，它有什么用途？3．粘土矿物有哪几种？对土的矿物性质有何影响？并说明其机理？6．试比较土中各种水的特征。
浙江大学土力学题库及答案
第一章绪论1、土力学的英语是：（A）Soil Mechanics （B）Solid Mechanics （C）Soil Foundation2、岩土工程的英语是：（A）Rock and Soil Mechanics（B）Geotechnical Engineering（C）Rock and Soil Engineering3、下列哪位被誉为土力学之父？（A）库仑(Coulomb) （B）朗肯(Rankine) （C）太沙基(Terzaghi)4、土力学学科正式形成是哪一年？（A）1890 （B）1925 （C）19605、土力学主要研究地基那两方面的问题？（A）变形与渗流（B）变形和稳定（C）渗流与稳定6、浙江大学曾国熙教授倡导的岩土工程学科治学方法是？（A）理论研究与工程实践相结合（B）试验研究与理论研究相结合（C）基本理论、试验研究和工程实践相结合第二章土的物理性质与工程分类1、土颗粒的大小及其级配，通常是用颗粒累积级配曲线来表示的。
级配曲线越平缓表示：（A）土粒大小较不均匀，级配良好（B）土粒大小均匀，级配良好（C）土粒大小不均匀，级配不良2、土的不均匀系数Cu越大，表示土的级配：（A）土粒大小均匀，级配良好（B）土粒大小不均匀，级配良好（C）土粒大小不均匀，级配不良3、土的三相指标包括：土粒比重、含水量、重度、孔隙比、孔隙率和饱和度，其中哪些为直接试验指标？（A）孔隙比、含水量、土粒比重（B）土粒比重、含水量、重度（C）含水量、重度、孔隙比4、测定土的液限的标准是把具有30度锥角、质量76克的平衡锥自由沉入土体，沉入多少深度时的含水量为液限？（A）18mm （B）2mm （C）10mm5、压实能量越小，则（A）最优含水量越大（B）土越容易压实（C）土的最大干密度越大6、土的液限和塑限的差值（省去%符号）称为（A）液性系数（B）塑性系数（C）液性指数（D）塑性指数7、土的含水量一般用什么测定：（A）比重瓶法（B）烘干法（C）环刀法（D）搓条法8、某土的天然含水量为42%，液限35%，塑性指数17，孔隙比1.58，则该土应定名为：（A）淤泥（B）粉质粘土（C）淤泥质粘土9、土的密度一般用什么方法测定：（A）比重瓶法（B）烘干法（C）环刀法（D）搓条法10、关于土中的结合水，下列说法正确的是：（A）强结合水能传递静水压力（B）弱结合水能传递静水压力（C）强结合水和弱结合水能传递静水压力（D）强结合水和弱结合水都不能传递静水压力11、一般来说，粗大土粒往往是岩石经过什么作用形成？（A）物理和化学风化作用（B）物理风化作用（C）化学风化作用12、粘性土的塑限一般用什么方法测定？（A）比重瓶法（B）烘干法（C）环刀法（D）搓条法13、土的液性指数越大，则：（A）土的渗透性越大（B）土的塑性指数越小（C）土质越软14、土的塑性指数越小，则：（A）土的粘性越差（B）土的渗透性越好（C）土的变形越大15、土粒比重一般用什么方法测定：（A）比重瓶法（B）烘干法（C）环刀法（D）搓条法第三章土的渗透性与渗流1、不透水岩基上有水平分布的三层土，厚度均为1m，渗透系数分别为0.5m/d、 0.001m/d、 0.02m/d，则土层等效水平渗透系数为多少？（A）0.426m/d （B）0.174m/d （C）0.028m/d2、某饱和土的含水量为40%，土粒比重为2.75，则该土发生流土的临界水力坡降为：（A）1.02 （B）0.83（C）1.203、管涌形成的条件中，除具有一定的水力条件外，还与土粒几何条件有关，下列叙述正确的是：（A）不均匀系数大于10的土比不均匀系数小于10的土更容易发生管涌（B）不均匀系数小于10的土比不均匀系数大于10的土更容易发生管涌（C）与不均匀系数没有关系4、在防治渗透变形措施中，哪些措施是在控制水力坡降？（A）溢出部位铺设反滤层（B）上游做垂直防渗帷幕或设水平铺盖（C）下游挖减压沟5、不透水岩基上有水平分布的三层土，厚度均为1m，渗透系数分别为0.4m/d、0.05m/d、 0.003m/d，则土层等效竖向渗透系数为多少？（A）0.367m/d （B）0.063m/d (C)0.008m/d6、变水头试验常用来测定哪种土的渗透系数（A）粘性土（B）砂土（C）任何土7、计算成层地基中等效渗透系数时，水平等效渗透系数的大小取决于渗透系数____的土层，而垂直等效渗透系数的大小取决于渗透系数_____的土层；（A）大小（B）大大（C）小大（D）小小8、下列哪种土样更容易发生流砂：（A）粗砂（B）粉土（C）粉砂9、下列土体中渗透系数最小的是：（A）砂（B）粘土（C）粉土10、常水头试验常用来测定哪种土的渗透系数？（A）粘性土（B）砂土（C）任何土第四章地基中的应力计算1、地下水位下降将引起：（A）自重应力减小（B）地面沉降（C）超静孔压减小2、已知宽为3m，长为6m和另一宽为6m，长为12m的矩形基础，若两基础的基底附加应力相等，则两基础角点下竖向附加应力之间有何关系?（A）小尺寸基础角点下z深度处应力与大尺寸基础角点下2z深度处应力相等（B）大尺寸基础角点下z深度处应力与小尺寸基础角点下2z深度处应力相等（C）两基础角点下下z深度处竖向应力分布相同3、当地下水位从地表处下降至基底平面处，对基底附加应力有何影响？（A）不变（B）减小（C）增加4、条形均布荷载中心线下，附加应力随深度减小，其衰减速度与基础宽度有何关系？（A）基础宽度越大，衰减越慢（B）基础宽度越大，衰减越快（C）与基础宽度无关5、双层地基中上层土与下层土的变形模量之比越小，则下层土中的附加应力：（A）越小（B）不变（C）越大6、某方形基础中心点下1m处竖向附加应力为70kPa，则该基础中心点下2m处的竖向附加应力为：（A）95.2kPa （B）80.4kPa （C）56.3kPa7、在荷载作用范围外，竖向附加应力随深度的变化是：（A）竖向附加应力随深度的增加而减少（B）竖向附加应力随深度的增加，先增大，然后减小（C）竖向附加应力随深度的增加，先减小，然后增大8、对于天然地基，若土体竖向变形模量大于水平向变形模量，则与均质地基相比地基中竖向附加应力：（A）产生应力集中（B）产生应力扩散（C）没有变化9、对于均布条形荷载p作用下的附加应力为0.1p的等值线深度大约为基础宽度的几倍？（A）6；（B）3.5；（C）2；（D）1.510、在均布条形荷载作用下，最大剪应力发生在基础的什么部位？（A）基础中心（B）基础边缘（C）不确定第五章土的压缩性和固结理论1、土体压缩性e—p曲线是在何种条件下试验得到的？（A）无侧限条件（B）部分侧限条件（C）完全侧限2、从现场载荷试验p—s曲线上求得的土的模量为：（A）变形模量（B）弹性模量（C）压缩模量3、在室内压缩试验中，土样的应力状态与实际中哪一种荷载作用下土的应力状态相一致：（A）条形均布荷载（B）矩形均布荷载（C）无限均布荷载4、某地基土，已测得压缩指数为0.5，则回弹指数可能为：（A）1.0 （B）0.01 （C）0.15、某地基土，已测得压缩模量6MPa，则变形模量可能为：（A）7MPa （B）6MPa （C）5MPa6、双面排水，在土层厚度相同、性质相同的两个粘土层顶面，分别瞬时施加无限均布荷载p1=100kPa，p2=200kPa，试问经过相同时间t，两种情况的固结度有何不同？（A）p1=200kPa的固结度大（B）p2=400kPa的固结度大（C）两种情况的固结度相同7、某地基粘土层的厚度均为4m，情况1是双面排水，情况2是单面排水，当地面瞬时施加一无限均布荷载，达到同一固结度时，所对应的时间有何关系？（A）t1=4t2 （B）t1=2t2 （C）t1=t2 （D）t2=4t18、土的渗透性越好，则：（A）变形稳定越快（B）强度越小（C）有效应力增长越慢9、土的压缩性越大，则：（A）固结越快（B）固结越慢（C）与固结无关10、地基中的超静孔隙水压力产生的原因一般为？（A）地下水；（B）土自重与外加荷载；（C）地下水与外加荷载；（D）外加荷载11、某土样经压缩试验测得其在100kPa和200kPa压力作用下压缩24小时后的孔隙比分别为0.89和0.85，则该土样的：（A）压缩指数为0.25 （B）压缩模量为4.625MPa （C）压缩系数为0.4MPa-112、在固结过程中，饱和土体中的有效应力和孔隙水压力按如下规律变化：（A）有效应力减小，孔隙水压力减小（B）有效应力不变，孔隙水压力增大（C）有效应力增大，孔隙水压力减小第六章地基沉降计算1、在疏浚河道形成的新冲填土上建造建筑物，其沉降产生的原因：）（A）原地基的自重应力（B）冲填土自重（C）冲填土自重及建筑物荷载（D）建筑物荷载2、地基沉降计算深度是指：（A）主要压缩层厚度（B）主要持力层厚度（C）20倍地基宽度3、工后沉降一般是指：（A）全部的次固结沉降（B）工程完工后使用期内地基所发生的沉降（C）大部分的次固结沉降4、关于地基沉降，下列说法错误的是：（A）初始沉降的产生也需要一定的时间（B）土体固结沉降也有短时间完成的（C）将地基沉降分为三部分是从时间角度考虑的5、浙江沿海饱和软粘土地基一般情况下次固结沉降约占总沉降的：（A）40% （B）10% （C）15%6、在半无限体表面，瞬时施加一局部荷载，这时按弹性理论计算得到的应力是：（A）有效应力（B）总应力（C）孔隙压力7、初始沉降产生的原因：（A）土体体积不变，形状发生改变（B）土体体积发生变化（C）上述两种情况都有8、在常规的沉降计算方法中，地基中的应力状态是根据什么理论计算得到的？（A）线弹性理论（B）弹塑性理论（C）塑性理论9、考虑应力历史的影响时，沉降计算应采用哪种压缩曲线？（A）e—p曲线（B）e—logp曲线（C）上述两种均可10、规范法计算地基沉降时，采用的是哪种附加应力系数？（A）平均附加应力系数（B）附加应力系数（C）上述两种均可第七章土的抗剪强度1、饱和软粘土在不同竖向荷载p1>p2>p3作用下在直剪仪中进行快剪，所得的强度有何不同？（A）p越大，竖向荷载越大，所以强度越大（B）三者强度相同（C） p越大，孔隙水压力越大，所以强度越低2．十字板试验测得的抗剪强度相当于实验室用什么方法测得的抗剪强度？（A）不固结不排水试验（B）应力路径试验（C）固结排水试验3、直剪试验土样的破坏面在上下剪切盒之间，三轴试验土样的破坏面在什么位置上？（A）与试样顶面夹角为45（B）与试样顶面夹角为45-φ/2（C）与试样顶面夹角为45+φ/24、有一个砂样，在三轴试验时，在围压100kPa应力下，增加轴向应力使砂样破坏，已知砂样的内摩擦角为30度，则破坏时破坏面上的正应力为多少？（A）200kPa （B）180kPa （C）150kPa5、下列那个试验测试的不是土的天然抗剪强度：（A）十字板剪切试验（B）无侧限抗压强度试验（C）直接剪切试验（D）三轴不固结不排水试验6、现场原位测试土的抗剪强度的试验有：（A）十字板剪切试验（B）无侧限抗压试验（C）直接剪切试验（D）三轴压缩试验7、在做三轴试验时，加荷速率越快，则测得的：（A）抗剪强度越大（B）抗剪强度越小（C）对抗剪强度没影响8、对于蠕变，下列说法错误的是：（A）蠕变可能导致土体在没有达到抗剪强度的条件下破坏（B）随着土体蠕变，土体的粘聚力逐渐减小，直到某个限值（C）随着土体蠕变，土体的内摩擦力逐渐减小，直到某个限值9、固结不排水试验剪切阶段的总应力路径轨迹为：（A）曲线（B）直线（C）不确定10、考虑土体的各向异性，下列说法正确的是：（A）正常固结粘土的水平向土样的强度常常小于竖直向土样的强度（B）正常固结粘土的水平向土样的强度常常大于竖直向土样的强度（C）不确定第八章土压力与支档结构1、挡土墙后填土发生朗肯被动破坏，滑动面的方向如何确定？（A）与水平面夹角45+φ/2（B）与水平面夹角45-φ/2（C）与水平面夹角452、库仑土压力理论通常适用于哪种土类？（A）粘性土（B）砂性土（C）各类土3、设被动土压力和主动土压力充分发挥时所需的挡土墙水平位移分别为△1和△2，则：）（A）△1>△2 (B) △1=△2 （C）△1<△24、关于静止土压力、主动土压力、被动土压力下列说法正确的是：（A）静止土压力>主动土压力>被动土压力（B）被动土压力>静止土压力>主动土压力（C）主动土压力>静止土压力>被动土压力5、对于无粘性土，在填土面水平、墙背竖直、墙背光滑的条件下，对朗肯土压力理论和库仑土压力计算的结果比较，则：（A）库仑土压力>朗肯土压力（B）库仑土压力<朗肯土压力（C）库仑土压力=朗肯土压力6、由库仑土压力理论计算出的主动土压力，其作用方向：（A）必垂直墙背（B）不一定垂直墙背（C）一般应为水平的7、刚性挡土墙墙背铅垂光滑，墙后土体之内摩擦角为φ，挡土墙后移使墙后土体产生与水平面夹角为θ的破裂面，土楔的重量为G，则按库仑土压力理论，作用在墙上的被动土压力为：（A）Gtan（θ+φ）（B）G /tan（θ+φ）（C）Gtan（θ-φ）8、在下列公式的建立过程中，未涉及摩尔—库仑强度理论的是：（A）朗肯被动土压力（B）库仑主动土压力（C）静止土压力9、一般情况下，下列哪种土静止土压力系数最大？（A）粘性土（B）砂性土（C）粉土10、在其他条件相同的情况下，当档土结构背离填土方向移动相同的位移时，下列哪种土最可能先达到主动土压力？（A）密砂（B）松砂（C）软粘土第九章地基承载力1、地基的极限承载力是指：（A）地基中形成连续滑动面时的承载力（B）地基中开始出现塑性区时的承载力（C）地基的变形达到上部结构极限状态时的承载力2、地基的极限承载力公式时根据下列何种假设推导得到的？（A）根据建筑物的变形要求推导得到的（B）根据地基中滑动面的形状推导得到的（C）根据塑性区发展的大小得到的3、地基荷载达到某一数值后，基础的一侧到另一侧形成连续滑动面，基础四周地面隆起，基础倾斜，甚至倒塌，这种破坏模式称为：（A）整体剪切破坏（B）刺入破坏（C）局部剪切破坏4、通常，加大浅基础埋深，会使得：（A）承载力降低，沉降减小（B）承载力提高，沉降增大（C）承载力提高，沉降减小（D）承载力降低，沉降增大5、设地基为理想弹塑性体，基础为浅埋条形基础，地基的临塑荷载与下列哪项无关？（A）基础的埋深（B）基础的宽度（C）地基土的内摩擦角（D）地基土的粘聚力6、下列说法正确的是：（A）地基破坏时，土中都将出现延伸至地表的滑面（B）荷载—沉降曲线上由直线转为曲线时所对应的荷载为极限荷载（C）以临塑荷载作为地基的承载力通常是偏于保守的第十章土坡稳定性分析1、堤坝填筑过程中，若施工速度很快，且土体和地基的渗透系数很小，则在分析堤坝竣工时的稳定性时，应采用下述哪种分析方法：（A）总应力分析法（B）有效应力分析法（C）总应力分析法或有效应力分析法皆可2、分析土坡稳定性时，对挖方土坡最小安全系数的说法正确的是：（A）挖方结束时，安全系数最小（B）最小安全系数出现在挖方过程中某个时间（C）稳定安全系数存在一个逐渐下降的过程，直至土坡形成后很长时间才趋于常数3、等厚度无限长砂性土坡下为基岩，坡面与水平面的夹角为25.7度，砂性土的内摩擦角为30度，则土体的安全系数为：（A）1.0（B）1.2（C）1.44、无粘性土坡，内摩擦角为φ，坡角为β，其稳定安全系数为：（A）tanφ/tanβ（B）sinφ/sinβ（C）tanβ/tanφ。
土的渗流专业知识
二、达西定律合用范围与起始水力坡降
讨论：
砂土旳渗透速度与水 力梯度呈线性关系
a、密实旳粘土，需要克服 结合水旳粘滞阻力后才干 发生渗透;
b、渗透系数与水力坡降旳 规律还偏离达西定律而呈 非线性关系。
v v=ki
形成条件
内因——有足够多旳粗 颗粒形成不小于细粒 直径旳孔隙（几何条 件：Cu>10 旳土轻易 发生管涌）
外因——渗透力足够大 （水力条件： icr 旳计 算还未成熟）
发生旳位置及土类型
管涌既能够发生在土体内部，也 能够发生在渗流出口处。多发生 在无粘性土中，其特征是颗粒大 小差别较大，往往缺乏某种粒径， 孔隙直径大且相互连通。发展一 般有个时间过程，是一种渐进性 旳破坏。
1.常水头试验————整个试验过 程中水头保持不变
合用于透水性大（k>10-3cm/s）旳 土，例如砂土。
时间t内流出旳水量
V qt kiAt k h At L
k VL 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
合用于透水性差，渗透系数 小旳粘性土
任一时刻t旳水头差为h，经 时段dt后，细玻璃管中水位 降落dh，在时段dt内流经试 样旳水量
土体处于稳定状态 土体发生流土破坏 土体处于临界状态
经验判断：
i i icr
Fs [ i ] : 允许坡降 Fs: 安全系数1.5～3.0
发生旳位置及土类型
流土发生于地基或土坝下游渗流出逸处，不发生于土体内部。开 挖基坑或渠道时常遇到旳流砂现象，属于流土破坏。发生在颗粒 级配均匀旳饱和细、粉砂、粉土、淤泥层中。它旳发生一般是突 发性旳，对工程危害极大。
《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
土的渗透性(最新)
3.2 土的渗透性
土的性质 • 粒径大小及级配 • 孔隙比 • 土的饱和度 • 结构和构造
水的温度
水的动力粘滞系数： 温度，水粘滞性，k
（JTJ051-93）采用标准 温度200下的渗透系数：
k20
T 20
kT
影响渗透系数的因数
1.土粒大小与级配
细粒含量愈多，土的渗透性愈小，例如砂土中粉粒及粘粒 含量愈多时，砂土的渗透系数就会大大减小。
ib
i
密实粘土
3.2 土的渗透性 三、渗透系数的测定及影响因素 1. 测定方法
室内试验测定方法 野外试验测定方法
常水头试验法 变水头试验法
井孔抽水试验 井孔注水试验
3.2 土的渗透性
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
h 土样
L
量测变量:渗水量Q，t
能量方程
二．渗透试验与达西定律
渗流速度的规律
三．渗透系数的测定及影响因素
渗透特性
四．层状地基的等效渗透系数 地基的渗透系数
3.2 土的渗透性 一、渗流中的水头与水力坡降
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
3.2 土的渗透性
3.3 二维渗流及流网
3.渗流量计算
A
总水头差： △ H 相邻等势线之间的水头 H
△H
l
b
D
B
损失为：h H / N d
b
l
C
每个流槽的渗流量：
0
0
q Aki (b 1) k h k H b
土的渗透性和渗流问题
第二篇 土力学第四章 土的渗透性和渗流问题第一节 概述土是由固体相的颗粒、孔隙中的液体和气体三相组成的，而土中的孔隙具有连续的性质，当土作为水土建筑物的地基或直接把它用作水土建筑物的材料时，水就会在水头差作用下从水位较高的一侧透过土体的孔隙流向水位较低的一侧。
渗透：在水头差作用下，水透过土体孔隙的现象渗透性：土允许水透过的性能称为土的渗透性。
水在土体中渗透，一方面会造成水量损失，影响工程效益；另一方面将引起土体内部应力状态的变化，从而改变水土建筑物或地基的稳定条件，甚者还会酿成破坏事故。
此外，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。
本章将主要讨论水在土体中的渗透性及渗透规律，以及渗透力渗透变形等问题。
第二节 土的渗透性一、土的渗透规律——达西定律(一)渗流中的总水头与水力坡降液体流动的连续性原理：（方程式）dw v dw v w w ⎰⎰=2211 2211v w v w =1221w w v v = 表明：通过稳定总流任意过水断面的流量是相等的；或者说是稳定总流的过水断面的 平均流速与过水断面的面积成反比。
前提：流体是连续介质流体是不可压缩的；流体是稳定流，且流体不能通过流面流进或流出该元流。
理想重力的能量方程式（伯努利方程式1738年瑞士数学家应用动能定理推导出来的。
）c gv r p Z =++22饱和土体空隙中的渗透水流，也遵从伯努利方程，并用水头的概念来研究水体流动中 的位能和动能。
水头：实际上就是单位重量水体所具有的能量。
按照伯努利方程，液流中一点的总水头h ，可以用位置水头Z ，压力水头U/r w 和流速水 头V 2/2g 之和表示，即gv r u Z h w 22++= 4-1 此方程式中各项的物理意义均代表单位重量液体所具有的各种机械能，而其量纲都是 长度。
教材P37图22表示渗流在水中流经A ，B 两点时，各种水头的相互关系。
按照公式（4－1），A,B 两点的总水头可分别表示为：gv r u Z h A w A A A 22++= gv r u Z h B w B B B 22++= h h h B A ∆+=式中：Z A ，Z B ：为A ，B ，两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（位置高度）故称Z 为位置水头。
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aL
At2
t1 lg
h1 h2
－adh=kAh/Ldt
分离变量 积分
k＝
aL
At2
t1 ln
h1 h2
天津城市建设学院土木系岩土教研系数
常用的有现场井孔抽水试验或井孔注水试验。 对于均质粗粒土层，现场测出的k值比室内试验得出的值要准确
第3章 土的渗透性及渗流
3.1 概述 3.2 土的渗透性 3.3 土中二维渗流及流网（了解） 3.4 渗透破坏与控制
土力学
天津城市建设学院土木系岩土教研室
第3章 土的渗透性及渗流
3.1 概述 3.2 土的渗透性 3.3 土中二维渗流及流网（了解） 3.4 渗透破坏与控制
土力学
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渗流作用于单位土体的力
j
J AL
whA
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 小与水力坡降成正比，作用方向与渗流方向一致，单位为kN/m3
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3.4.2 流砂或流土现象
土力学
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
（3）土的饱和度
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。
（4）土的结构
细粒土在天然状态下具有复杂的结构，一旦扰动，原有的过水通道的形态、 大小及其分布都改变，k值就不同。扰动与击实土样的k值比原始的要小
（5）水的温度
粘滞系数随水温发生明显的变化。水温愈高，水的粘滞系数愈小，土的渗 透系数则愈大。
h v2 p z
2g w
h—总水头，m； v—流速，m/s；
p—水压，kPa； γw—水的重度，kN/m3；
g—重力加速度，m/s2； z—基准面高程，m
水在土中的渗流，速度很慢，因此由速度引起的水头项可以忽略。则
水头
h p z
w
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3.2.1 渗流的基本概念
观测孔
r2
Q
r
r1
r处过水断面积为A=2πrh,假设该处
水力梯度i为常数，且等于地下水位
在该处的坡度时，i=dh/dr 则
q=kAi=2πrhkdh/dr
dr dh
qdr/r=2πkhdh
分离变量积分
h h1
h2
k＝ q
ln(r2 / r1 ) h22 h12
k＝2.3 q
lg(r2 / r1 ) h22 h12
密实的粘土，需要克 服结合水的粘滞阻力 后才能发生渗透;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
达西定律适用于层 流，不适用于紊流
v=ki
O 砂土
v
i
虚直线简化
v k(i ib )
0
起始水
ib
密实粘土 i
力坡降
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3.2.2 土的层流渗透定律
代入
垂直渗 透系数
ky
1 H
(i1H1
i2H2
inHn )
k1i1
k2i2
knin
整个土层与层面垂 直的平均渗透系数
k y
H1
H H2
Hn
H n ( Hi )
k1 k2
kn
k i1 iy
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第3章 土的渗透性及渗流
3.1 概述 3.2 土的渗透性 3.3 土中二维渗流及流网（了解） 3.4 渗透破坏与控制
说明：流砂现象的产生不仅取决于渗流力的大小，同时与土的 颗粒级配、密度及透水性等条件有关
使土开始发生流砂现象时的水力梯度称为临界水力梯度icr 则，渗流力γ wi等于土的浮重度γw
临界水力梯度：
' icr w (ds 1)(1 n)
研究表明：土的不均匀系数越大，icr值越小；土中细颗粒含量 高，icr增大；土的渗透系数愈大，临界水力坡度愈低。
要求地下水位降得较深， 采用井点降水。在基坑周 围布置一排至几排井点， 从井中抽水降低水位
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3.4.2 流砂或流土现象
流砂现象的防治原则 （２）增长渗流路径
沿坑壁打入板桩，它一方面可 以加固坑壁，同时增加了地下水 的渗流路径，减小水力坡降
（３）平衡渗流力 在向上渗流出口处地表用
1.室内渗透试验测定渗透系数 （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。
时间t内流出的水量 Q qt kiAt k h At L
Δ
截面积 为A
k QL hAt
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3.2.3 渗透试验及渗透系数
渗透力方向与 重力一致，促 使土体压密、 强度提高，有 利于土体稳定
a
渗流方向近乎水平，使 土粒产生向下游移动的 趋势，对稳定不利
c b
渗流力与重力方向相 反，当渗透力大于土 体的有效重度，土粒 将被水流冲出
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3.4.2 流砂或流土现象
土力学
在向上的渗流力的作用下，粒间的有效应力为零时，颗粒群 发生悬浮、移动的现象称为流砂现象或流土现象。
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3.1 概述
土力学
土的渗透性的主要研究内容包括： 渗流量问题：如基坑的渗水和排水；土堤坝身、坝
基土中的渗水量；水井的供水量或排水量。
渗透破坏问题：当渗透力过大时就会引起土颗粒或 土体的移动，产生渗透变形，甚至渗透破坏。如边 坡破坏、地面隆起，堤坝失稳等。
渗流控制问题：研究工程措施进行渗流控制，以满 足渗流量或渗透变形的设计要求。
3.1 概述
土力学
在饱和土中，水充满整个孔隙，当土中不同位置存在水 位差时，土中水就会在水位能量作用下，从水位高（即能 量高）的位置向水们低（即能量低）的位置流动。
渗透:液体（如土中水）从物质微孔（如土体孔隙）中 透过的现象
渗透性（透水性）：土体具有被液体（如土中水）透过 的性质
渗流：液体（如地下水、地下石油）中的流动问题 渗流力（渗透力）：土中的渗流对土颗粒施加的作用力
h1
q kAi 或 v q ki A
式中：q—单位渗水量，cm3/s； v—断面平均渗流速度，cm/s； i—水力梯度或水力坡降； k—土的渗透系数，cm/s
h2
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3.2.2 土的层流渗透定律
土力学
达西定律
v ki
v
砂土的渗透速度与水 力梯度呈线性关系
现场测试方法还有：孔压静力触探、地球物理勘探等
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3.2.3 渗透试验及渗透系数
土力学
3.影响渗透系数的主要因素
（1）土的粒度成分
细粒含量愈多，土的渗透性愈小，例如砂土中粉粒及粘粒含量愈多时，砂 土的渗透系数就会大大减小。
（2）土的密实度
同种土在不同的密实状态下具有不同的渗透系数，土的密实度增大，孔隙 比降低，土的渗透性也减小。
土力学
公式中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，而土粒本身是不透水的，因此过水断面积
Ar是小于整个断面积A，实际平均流速vr应大于v，一般v称为
假想平均流速。
以后提到的渗流速度均指这种假想平均流速
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3.2.3 渗透试验及渗透系数
土力学
渗透系数k既是反映土的渗透能力的定量指标，也是渗流计算 时必须用到的一个基本参数。测定方法有：室内和现场
根据水流连续定理，通过整个土层 的渗流量等于通过各土层的渗流量
k1
q1y H1
k2
q2y H2 H
qy q1y q2 y qny
各土层的相应的水力梯度为i1、 i2、…、in，总的水力梯度为i
k3
q3y H3
k yiA k1i1 A k2i2 A knin A
总水头损失等于各层水头损失之和 Hi H1i1 H 2i2 H ni n
达西定律 qx k xiH
qx k1iH1 k2iH2 kniHn
平均渗透系数 平均水力梯度
整个土层与层面平 行的等效渗透系数
k x
1 H
n
ki Hi
i 1
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3.2.3 渗透试验及渗透系数
土力学
5.成层土的等效渗透系数
2.垂直渗透系数 qy
管涌既可以发生在土体内部，也可以发生在渗流出口处，发 展一般有个时间过程，是一种渐进性的破坏
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3.4.3 管涌和潜蚀现象
土力学
管涌现象的防治 （１）改变水力条件，降低水力梯度，如打板桩。（同流土）
（２）改变几何条件，在渗流逸出部位铺设反滤层是防止管涌 破坏的有效措施。
土力学
PA γw
hA
Δh
A
PB
γw hB
速度，v
ZA
B
ZB
L
A、B两点的水头差为：
h hA hB
( PA
w
Z
A
)
(
PB
w
ZA)
水力梯度i：在含水层中沿水流方 向每单位距离的水头下降值。
在大多数情况下，土中水的渗流基 本处于层流状态，即
i h L
vi