工程渗流分析与控制 林亚伟 141302020032,水工2班
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运用有限单元法分析土石坝渗流控制
中图 分 类 号 ：Ｔ ６ １ Ｖ ４ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ： １０ — ９ ３ （０ ２ ５ ０ ４ － ２ ０ ６ ７ ７ ２ １ ）０ — １ ２ ０
土 石 坝 的渗 漏 是 不 可 避 免 的 ，对 于 不 会 引起 土 体 发 生 渗
初始边界：ｈ ｏ ｈ ，） ｉ ＝ （ ｘ
渗流量及渗流水深计算 土 石 坝 渗 流 量 及 渗 流 水 深 采 用下 列 公 式 计 算 ： ① 不 透 水 地 基 均 质 土 坝
ｈ＝ ２ √ 月 一 Ｈ＋三十 上
／ ，一 ｈ －２ ／
在土石坝后任意挖土取土 ，这些都易造成坝基 的渗漏破坏 。
二 、土 石 坝 渗 流 稳 定 分 析 １ ．渗 流计 算理 论
＿ ｌｌ ． ｌｌ 。 ｌ ｌｌ
｜
｜
｜ ｌ 囊 ０ 鼻＿ １
≯ｔ ｌ
＿
一 Ｉ －ｌ 。ｌ 一 ｌ
图 １ 渗 流 计 算 断 面 网 格 图
２ 临界 水 力 比 降 ．
的渗透 系数时 ，会增 加坝厚位 势，不能显著 降低逸 出梯度 。
（ ）已填 筑 的 坝 身 防 渗 ，可 用劈 裂灌 浆 、多 头 小 直 径 深 ７
临界 水 力 比降 的确 定 ，根 据 水 工 设 计手 册 确 定 临界 水 力 比 降 的 理论 ， 合 本 工程 ， 以采 用流 土计 算 方 法确 定 。 结 所 下 面 采 用 两种 公 式进 行 计 算 。
（ ）太 沙基 公 式 １
１ ，
＝
层搅拌桩 、板桩 灌注墙 或高喷形成 防渗体 。
上坡逸 出。
本 次 渗 流 计 算 程序 选 用 北 京 理 正 软 件 设 计 研 究 院 编 制 的
土 石 坝 的渗 漏 是 不 可 避 免 的 ，对 于 不 会 引起 土 体 发 生 渗
初始边界：ｈ ｏ ｈ ，） ｉ ＝ （ ｘ
渗流量及渗流水深计算 土 石 坝 渗 流 量 及 渗 流 水 深 采 用下 列 公 式 计 算 ： ① 不 透 水 地 基 均 质 土 坝
ｈ＝ ２ √ 月 一 Ｈ＋三十 上
／ ，一 ｈ －２ ／
在土石坝后任意挖土取土 ，这些都易造成坝基 的渗漏破坏 。
二 、土 石 坝 渗 流 稳 定 分 析 １ ．渗 流计 算理 论
＿ ｌｌ ． ｌｌ 。 ｌ ｌｌ
｜
｜
｜ ｌ 囊 ０ 鼻＿ １
≯ｔ ｌ
＿
一 Ｉ －ｌ 。ｌ 一 ｌ
图 １ 渗 流 计 算 断 面 网 格 图
２ 临界 水 力 比 降 ．
的渗透 系数时 ，会增 加坝厚位 势，不能显著 降低逸 出梯度 。
（ ）已填 筑 的 坝 身 防 渗 ，可 用劈 裂灌 浆 、多 头 小 直 径 深 ７
临界 水 力 比降 的确 定 ，根 据 水 工 设 计手 册 确 定 临界 水 力 比 降 的 理论 ， 合 本 工程 ， 以采 用流 土计 算 方 法确 定 。 结 所 下 面 采 用 两种 公 式进 行 计 算 。
（ ）太 沙基 公 式 １
１ ，
＝
层搅拌桩 、板桩 灌注墙 或高喷形成 防渗体 。
上坡逸 出。
本 次 渗 流 计 算 程序 选 用 北 京 理 正 软 件 设 计 研 究 院 编 制 的
牙根二级水电站坝区渗流场分析与渗控效应评价
５ １ ２
排主排水孔 ， 在坝底 中 部 设 置 一 排 纵 向 辅 助 排 水 廊 道 ， 并利用 下游帷幕灌浆廊道作为纵向排水廊道 ， 分别设置一排辅助排水 孔， 其中各层排水廊 道 通 过 排 水 孔 幕 连 接 形 成 的 排 水 系 统 ， 如 图 １ 所示 。
Ｓ Ｉ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｓ ｅ ｅ ａ ｅ ａ ｎ ｄ Ｉ ｔ ｓ Ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ Ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｓ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ Ｄ ａ ｍ Ｓ ｉ ｔ ｅ ｉ ｎ Ｙ ａ ｅ ｎ Ｉ Ｈ ｄ ｒ ｏ ｏ ｗ ｅ ｒ Ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ － ｐ ｇ ｇ ｙ ｐ
） （ 武汉 ４ 武汉 ４ ３ ０ ０ ７ ２； ２．武汉大学水工岩石力学教育部重点实验室 ， ３ ０ ０ ７ ２ １．武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室 ，
牙根二级水电站坝址区河谷狭窄 ， 岸坡陡峻 ， 地质条件复杂。水库蓄水后， 坝 体、 坝基及两岸绕坝渗流将成 摘 要 ： 为影响工程安全和正常运行的重要因素之一 。 综合分析地形地貌 、 地质构造以及防渗排水方案的特点 ， 建立坝区三维有 ， 限元模型 ， 采用子结构 、 变分不等式和自适应罚函数相结合的方法 （ 简称 Ｓ 结合典型挡水坝段与坝区 整 体 渗 流 ＶＡ 方法 ） 场分析成果 ， 研究了坝区渗流场分布特征 ， 分析了排水孔幕间 距 以 及 碾 压 混 凝 土 层 间 渗 透 性 对 渗 流 场 的 影 响 ， 并对防渗 排水措施的渗流控制效率进行了评价 ， 从而为工程建设提 供 合 理 的 建 议 。 研 究 表 明 ， 坝区渗 流 控 制 措 施 布 置 合 理， 防渗 排水效果显著 ； 排水孔幕的布置对坝基扬压力起控制性作用 ； 碾压混凝土渗流特性的各向异性对大坝渗流自 由 面 的 性 态 有显著影响 。 牙根二级水电站 ； 渗流控制 ； 数值模拟 Ｓ ＶＡ 方法 ； 关键词 ： ＴＵ ４ ４ ３ 文献标识码 ： Ａ 中图分类号 ：
水利水电工程渗流多层次控制理论与应用
(
(
, ) g n 1 H d t t
a , [ ] k v0 d
j ( ) ( )(n v)d ( )(
`
室内试 验验证
干湿区分界线
Drainage tunnels
无排水
60
0.0 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
有排水
无排水
50
q1
400 Initial impounding of reservoir Reservoir water level Solid symbols: measured Hollow symbols: computed P01-1-1 205.8m on 2006/10/19 P01-1-2 P01-1-3 320
自主研发的测试装置
1.2 岩土体渗透性测试的技术
气压激振
渗流 运动
周期短、成本低
无污染、高效灵活
水流振荡波
美国1995年颁布的国家标准
1.2 岩土体渗透性测试新技术
分期开挖 掌 子 面 分段压水 岩体分期开挖 岩 体 渗 透 性变形 监测开挖步骤
＋
钻孔压水
＋
变形监测
＋
渗透性反演
直接利用现行试验规程
k 1 k q'ok qo K om K mm (qm K miik )
变分丌等式-自适应罚函数（SVA）技术
1 if z 1 z 2 H ( z ) if z 1 z 2 (1 2 ) 0 if z 2
2.2 复杂渗控结构的精细化模拟技术
(
, ) g n 1 H d t t
a , [ ] k v0 d
j ( ) ( )(n v)d ( )(
`
室内试 验验证
干湿区分界线
Drainage tunnels
无排水
60
0.0 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
有排水
无排水
50
q1
400 Initial impounding of reservoir Reservoir water level Solid symbols: measured Hollow symbols: computed P01-1-1 205.8m on 2006/10/19 P01-1-2 P01-1-3 320
自主研发的测试装置
1.2 岩土体渗透性测试的技术
气压激振
渗流 运动
周期短、成本低
无污染、高效灵活
水流振荡波
美国1995年颁布的国家标准
1.2 岩土体渗透性测试新技术
分期开挖 掌 子 面 分段压水 岩体分期开挖 岩 体 渗 透 性变形 监测开挖步骤
＋
钻孔压水
＋
变形监测
＋
渗透性反演
直接利用现行试验规程
k 1 k q'ok qo K om K mm (qm K miik )
变分丌等式-自适应罚函数（SVA）技术
1 if z 1 z 2 H ( z ) if z 1 z 2 (1 2 ) 0 if z 2
2.2 复杂渗控结构的精细化模拟技术
029二维稳态渗流
1.1.2.a 选择项目
(1)启动 SciFEA，选择“项目”—>“新建项目”菜单或选择新建项目按钮 弹出如图 7-1-2 所示的对话框。
图 7-1-2
选择项目类型对话框
(2)点击“问题类型”栏中的“二维稳态渗流”选项。如图 7-1-2 所示。 (3)点击“OK”按钮完成项目类型的选择。
1.1.2.b 设置材料参数和边界条件
图 7-1-1 二维坝基渗流
问题分析： 对于上面二维稳态渗流问题方程如下：
( pk * u ) eq u 15 u5 in on on , 是上面的区域 如上图区域的右方水域 如上图区域的左方水域
其中 u 表示压力， pk 是渗透率， eq 是流体源项。
1.1.2 求解步骤
第1章 渗流问题
1.1 二维渗流问题 1.1.1 问题描述 渗流问题是水利工程常见的一种问题，实际工程中，人们常常要对渗流进行 计算， 以求得需要部位的渗流压力。 本节我们给出一个二维坝基渗流问题的例子， 通过这个例子，我们可以清楚地看到应用 SciFEA 解决此类问题的方法的步骤。 如图所示在各向同性土层上有一个水坝，左右两侧边界、土层下岩石和坝体 本身都假设是不透水的。在和水坝的左方水域水头为 15，右方水域水头为 5。土 层的渗流系数是 5.0d-7。求土层的渗流压力分布。
图 7-1-29 进入后处理结果分析
(2)点击菜单【View results】-【Contour fill】-【unoda0】 ，如图 7-1-30 所示， 显示得到渗流场云图分布，如图 7-1-31 所示。
图 7-1-30 选择渗流压力水头云图
图 7-1-31 渗流场云图分布
(3)点击菜单【View results】-【Display Vectors】-【unoda0】-【|unodb0|】 ， 如图 7-1-32 所示，显示得到渗流速度场云图分布，如图 7-1-33 所示。
(1)启动 SciFEA，选择“项目”—>“新建项目”菜单或选择新建项目按钮 弹出如图 7-1-2 所示的对话框。
图 7-1-2
选择项目类型对话框
(2)点击“问题类型”栏中的“二维稳态渗流”选项。如图 7-1-2 所示。 (3)点击“OK”按钮完成项目类型的选择。
1.1.2.b 设置材料参数和边界条件
图 7-1-1 二维坝基渗流
问题分析： 对于上面二维稳态渗流问题方程如下：
( pk * u ) eq u 15 u5 in on on , 是上面的区域 如上图区域的右方水域 如上图区域的左方水域
其中 u 表示压力， pk 是渗透率， eq 是流体源项。
1.1.2 求解步骤
第1章 渗流问题
1.1 二维渗流问题 1.1.1 问题描述 渗流问题是水利工程常见的一种问题，实际工程中，人们常常要对渗流进行 计算， 以求得需要部位的渗流压力。 本节我们给出一个二维坝基渗流问题的例子， 通过这个例子，我们可以清楚地看到应用 SciFEA 解决此类问题的方法的步骤。 如图所示在各向同性土层上有一个水坝，左右两侧边界、土层下岩石和坝体 本身都假设是不透水的。在和水坝的左方水域水头为 15，右方水域水头为 5。土 层的渗流系数是 5.0d-7。求土层的渗流压力分布。
图 7-1-29 进入后处理结果分析
(2)点击菜单【View results】-【Contour fill】-【unoda0】 ，如图 7-1-30 所示， 显示得到渗流场云图分布，如图 7-1-31 所示。
图 7-1-30 选择渗流压力水头云图
图 7-1-31 渗流场云图分布
(3)点击菜单【View results】-【Display Vectors】-【unoda0】-【|unodb0|】 ， 如图 7-1-32 所示，显示得到渗流速度场云图分布，如图 7-1-33 所示。
水闸渗流问题的研究
水闸渗流问题的研究发表时间：2015-12-07T09:42:45.673Z 来源：《工程建设标准化》2015年8月供稿作者：王岩明[导读] 滨州市韩墩引黄灌溉管理局，山东，滨州我国是一个有着悠久水闸历史的国家，建设水闸最早可以追溯到春秋时期。
建国后，我国水闸建设也逐渐丰富。
王岩明（滨州市韩墩引黄灌溉管理局，山东，滨州，256621）【摘要】进入新世纪，科学技术日新月异，各行各业都在迅猛发展，水利工程的建设与发展也不例外。
渗流是指水在岩土空隙之间的运动，在水利工程、石油化工、环境保护等方面都有广泛的应用。
在水闸设计与工作中加入渗流理论，主要还是为计算水闸中水流动向、水的渗透过程以及渗透引起的水闸结构变化。
对水闸渗流问题进行研究有助于合理的评价水坝安全指标，提升水闸稳定性，对社会的稳定与发展有重要的意义。
【关键词】渗流；水闸；稳定性；沉降；水利工程1．渗流对水闸的影响我国是一个有着悠久水闸历史的国家，建设水闸最早可以追溯到春秋时期。
建国后，我国水闸建设也逐渐丰富。
水闸对于调节水坝水流有着重要的作用，而渗流又对水闸工作有重要的影响。
许多水闸由于设备不完善，技术不完备，渗流问题十分突出，需要人们进行深入的研究和探讨。
1.1影响水闸挡水和泄洪渗流是河流、湖泊、水井集水廊道、水库、水坝等水体周围常见的现象，尤其是水闸周围，由于长时间处于工作或建设阶段，大部分会使水体周边土质松软，水体发生渗流现象的可能性更大。
有时水闸处于关闭状态进行挡水，但由于周边土地经常被水体浸泡，再加上水闸建设和日常工作活动，造成附近土质松软，加剧了水的渗透，影响挡水效果。
泄洪时也是一样，由于水在岩土缝隙之间的大量运动，容易使周边土壤储存大量水分，影响开闸泄洪的放水效果。
1.2渗流在闸基不均匀沉降中的作用实际上，我国大部分大坝都有不同程度的渗水现象，很大程度上是受水的渗流作用影响。
水的渗流现象会使大量水分渗入大坝内部，造成大坝身体的湿陷，而每当雨季来临，上游来水猛增，泄洪量骤然增大，水位提升，渗流会加剧对大坝的不利影响。
岩土工程渗流：补充：建筑工程中的渗流问题
23
u t
Cv
2u z 2
固结微分方程的求解
土力学知识回顾
初始孔压均匀分布 单面排水
u(z,t) 4 z
1
e
m2 4
2
Tv
sin
m
z
m m1,3,5
2H
双面排水
u(z,t) 4 z
1
e
m2 4
2
Tv
sin
m
z
m m1,3,5,
2H
Tv Cvt H 2 Cv kEs w
24
土力学知识回顾
由水平排水砂垫层和竖向排水体构成。 当软土层较薄或土的渗透性较好而施工期较长时，
可仅在地面铺设一定厚度的砂垫层，然后加载使 地基土中的水竖向流入砂垫层而排出。 当工程遇到深厚的透水性很差的软粘土层时，可 在地基中设置砂井、塑料排水板，地面连以排水 砂垫层，构成排水系统。
6
竖向排水体
插打塑料 排水板
土力学知识回顾
初始孔压线性分布 单面排水
u( z, t )
4 p2
2
m1,3,5
1 m2
m
m1
2(1) 2 (1 )
e
m2 4
2
Tv
sin
m z
2H
双面排水
u(z,t)
p2
m1
2 m
1
(1)m
e
m2 4
2
Tv
sin
m 2H
2H
z
p1 p2
Tv Cvt H 2
Cv kEs w
双面排水 是两个单 面排水的 组合，渗 径减半。
17
土力学知识回顾
连续性条件
z深度处的微单元 体dxdydz在dt时 间内水量Q的变化 (减少)为：
岩土工程中的渗流问题研究
岩土工程中的渗流问题研究岩土工程是建筑工程的一个重要分支领域，它旨在探究土壤和岩石在不同条件下的力学性质和渗透特性，为工程建设提供科学的理论和工程实践。
渗流问题是岩土工程的一个重要问题，它直接影响土体和岩石的稳定性、土壤水分和污染物扩散等方面。
本文旨在探讨岩土工程中的渗流问题研究，介绍其理论基础、研究方法和应用现状。
一、渗透理论基础渗透是物质由高浓度向低浓度方向自发流动的过程，它在岩土工程研究中占有重要地位。
渗透的基本原理是达西定律，即单位时间内液体通过单位截面积的流量与液体压力梯度成正比。
此外，土体的渗透特性还受到土体孔隙结构、渗透方向、温度、浸润液体性质等因素的影响。
渗透实验是渗透研究的重要手段之一，它可以通过不同的实验方法获得不同的渗透参数，如渗透系数、渗透率等。
二、渗透实验方法岩土工程中的渗透实验方法有很多种，常见的有置换法、常压渗透法、静渗法、动渗法等。
其中置换法是基于质量守恒原理和控制体积法原理的实验方法。
将水加入到渗透试体上部，使其流经孔隙，然后抽取出下部容器中的试水，在试水的过程中测量产生量和质量，计算试体的渗透参数。
常压渗透法是基于达西定律的实验方法，将滤纸垫放在渗透试体底部的支撑器上，加入试水，测量其插入时间和水位随时间的变化，根据容积法计算试体的渗透参数。
静渗法是通过自由变形、体积收缩和饱水试体产生的过渡流量测量法，将渗透试体放置在一定高度的水池内，测量水位随时间的变化，根据水头降计算试体的渗透参数。
动渗法是通过控制流量或压力差测量试体中的渗透参数，一般适用于相对均匀的孔隙结构试体。
三、渗透问题应用岩土工程中的渗透问题应用非常广泛，包括土壤水分和污染物扩散方面。
土壤水分问题研究是岩土工程中的常见问题之一，它旨在探究土壤中水分的运移规律和变化特征。
土壤水分含量、地下水位和土壤湿度等参数是评判土壤水分状况的重要指标。
污染物扩散问题研究是岩土工程中的另一重点，它主要研究地下水和土壤中有害环境物质的扩散规律和防治措施。
渗流计算
v=k h1 − h2 = kJ L
q = vA = kJA
上式是水在土中渗透的基本规律，称为渗透定律或达西定律。 达西定律虽然只适用于线性阻力的层流运动，但在工程实践中，超过 达西定律上下限的局部区域与整个渗流场相比较经常是不大的，且大多数 自然状态土中的渗流均能基本上符合层流规律或偏离不远，故一般均可简 化为符合达西定律的问题来处理。 2）渗透系数的确定 2.1）单层土渗透系数的确定 单层土的渗透系数是由现场或室内实验确定的。工程设计中土的渗透 系数作为基本资料由地勘专业提供。单层土假定为各向同性土，则土中任 意一点、任意方向的渗透系数相等，即 Kx=Ky=Kz。 2.2）各向已性土渗透系数的确定 实际工程中的土层一般都具有各向异性，如冲积土层、碾压土层等。 由于层次的存在，土层的水平向渗透系数长大于垂直向渗透系数。对各种
（焦建华） 焦建华）
中山市水利水电勘测设计咨询有限公司 2010.12.30
目
录ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
一、渗流计算的基本知识 ...........................................................................................1 一） 、渗透与渗透影响 .......................................................................................... 1 1）渗透 ........................................................................................................................ 1 2）渗透影响 ................................................................................................................ 1 3）渗透变形及判别 .................................................................................................... 2 二） 、渗流计算的基本原理及渗透系数 .............................................................. 3 1）达西定律 ................................................................................................................ 3 2）渗透系数的确定 .................................................................................................... 3 3）渗透系数的应用 .................................................................................................... 5 三） 、渗流计算的基本方程 .................................................................................. 6 二、大坝、 大坝、堤防渗流计算 ...........................................................................................6 一） 、土石坝渗流计算 .......................................................................................... 6 1）渗流计算的目的 .................................................................................................... 6 2）渗流计算的内容 .................................................................................................... 6 3）渗流计算工况及水位组合的选择 ........................................................................ 7 4）渗流计算的方法 .................................................................................................... 9 5）渗透系数的选用 .................................................................................................. 10 6）渗透稳定计算 ...................................................................................................... 10 7）渗透稳定结果分析 .............................................................................................. 11 二）堤防渗流计算 ...............................................................................................11 1）增加了渗流量计算条件 ...................................................................................... 11 2）水位组合结合堤防工程的特点 .......................................................................... 11 3）根据堤防功能特点，增加了一种计算模型 ...................................................... 11 三、水闸、 水闸、泵站渗流计算 .........................................................................................12 1）与土石坝渗流计算的比较 .................................................................................. 12 2）渗流计算的目的 .................................................................................................. 12 3）渗流计算的工况及水位组合选择 ...................................................................... 12 4）渗流计算的主要方法 .......................................................................................... 13 5）侧向绕渗 .............................................................................................................. 24
q = vA = kJA
上式是水在土中渗透的基本规律，称为渗透定律或达西定律。 达西定律虽然只适用于线性阻力的层流运动，但在工程实践中，超过 达西定律上下限的局部区域与整个渗流场相比较经常是不大的，且大多数 自然状态土中的渗流均能基本上符合层流规律或偏离不远，故一般均可简 化为符合达西定律的问题来处理。 2）渗透系数的确定 2.1）单层土渗透系数的确定 单层土的渗透系数是由现场或室内实验确定的。工程设计中土的渗透 系数作为基本资料由地勘专业提供。单层土假定为各向同性土，则土中任 意一点、任意方向的渗透系数相等，即 Kx=Ky=Kz。 2.2）各向已性土渗透系数的确定 实际工程中的土层一般都具有各向异性，如冲积土层、碾压土层等。 由于层次的存在，土层的水平向渗透系数长大于垂直向渗透系数。对各种
（焦建华） 焦建华）
中山市水利水电勘测设计咨询有限公司 2010.12.30
目
录ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
一、渗流计算的基本知识 ...........................................................................................1 一） 、渗透与渗透影响 .......................................................................................... 1 1）渗透 ........................................................................................................................ 1 2）渗透影响 ................................................................................................................ 1 3）渗透变形及判别 .................................................................................................... 2 二） 、渗流计算的基本原理及渗透系数 .............................................................. 3 1）达西定律 ................................................................................................................ 3 2）渗透系数的确定 .................................................................................................... 3 3）渗透系数的应用 .................................................................................................... 5 三） 、渗流计算的基本方程 .................................................................................. 6 二、大坝、 大坝、堤防渗流计算 ...........................................................................................6 一） 、土石坝渗流计算 .......................................................................................... 6 1）渗流计算的目的 .................................................................................................... 6 2）渗流计算的内容 .................................................................................................... 6 3）渗流计算工况及水位组合的选择 ........................................................................ 7 4）渗流计算的方法 .................................................................................................... 9 5）渗透系数的选用 .................................................................................................. 10 6）渗透稳定计算 ...................................................................................................... 10 7）渗透稳定结果分析 .............................................................................................. 11 二）堤防渗流计算 ...............................................................................................11 1）增加了渗流量计算条件 ...................................................................................... 11 2）水位组合结合堤防工程的特点 .......................................................................... 11 3）根据堤防功能特点，增加了一种计算模型 ...................................................... 11 三、水闸、 水闸、泵站渗流计算 .........................................................................................12 1）与土石坝渗流计算的比较 .................................................................................. 12 2）渗流计算的目的 .................................................................................................. 12 3）渗流计算的工况及水位组合选择 ...................................................................... 12 4）渗流计算的主要方法 .......................................................................................... 13 5）侧向绕渗 .............................................................................................................. 24
第三章 土的渗透性及渗流
h i L
vi
第2节 达西定律
2. 达西定律 渗透定律
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
vi
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
V h Q kiA k A t l
V /t Vl k Ai Aht
第2节 达西定律
例题2.1 在图2.2所示的常水头渗透试验（h=45cm，l=25cm） 中，若土试样的断面积是120cm2，渗透系数是 2.5×10-2cm/sec，求10s内土的透水量。 解: 已知 A=120cm2，k =2.5×10-2cm/sec，t =10sec， h=45cm，l=25cm 根据常水头渗透试验透水量公式，得10sec内土的透 水量为:
②致密的粘土
v
i>i0, v=k(i - i0 )
o i0 i
第2节 达西定律
三. 渗透系数的测定 测定土的渗透系数的方法有:
常水头试验法
室内试验测定方法
变水头试验法
井孔抽水试验 井孔注水试验
野外试验测定方法
第2节 达西定律
1.常水头渗透试验
该试验适用于渗透性大的粗颗粒土。试验装置如图所示，圆 柱体试料断面积为A，长度为l，保持水头差h不变，测定经过 一定时间t的透水量是V，渗透系数k可根据式导出如下：
第三章 土的渗透性及渗流
§3.1 地下水引发的工程问题 §3.2 达西定律 §3.3 流网理论简介 §3.4 流土、管涌及其防治
1. 水是土的一个组成成分，在地下工程中举足轻重。
流体力学第十章 渗流
10.2 渗流的达西定律
一 达西定律
装置中的①是横截面积为A的直立圆筒， 其上端开口，在圆筒侧壁装有两支相距为l 的 侧压管。
筒底以上一定距离处装一滤板②，滤板 上填放颗粒均匀的砂土。
水由上端注入圆筒，多余的水从溢水管 ③溢出，使筒内的水位维持一个恒定值。
渗透过砂层的水从短水管④流入量杯⑤ 中，并以此来计算渗流量q。
10.3 地下水的渐变渗流
一、裘皮依（J.Dupuit）公式
类似于一般流体流动，在渗 流中也存在无压恒定均匀渗流和 无压恒定渐变渗流。
工程中常见的地下水流动， 大多在宽度很大的不透水基底上 的流动，流线簇近似于平行的直 线，则可以采用无压恒定渐变渗 流模型。
恒定均匀渗流：流线平行，同一过水断面上各点的测压管水头H相 等；同一过水断面上各点的水力坡度等相等，即
点速度
该点的水力坡度
10.3 渗流系数的测定
常水头法：试验过程中水头保持不变。 变水头法：试验过程中水头是随着时间而变化的 。 现场测定法：在现场钻井或挖试坑，作注水或抽水试验，
再根据相应的理论公式，反算渗透系数。
10.3 渗流系数的测定
一 常水头法
常水头试验适用于透水性较大（k >10-3 cm/s）的土， 应用粒组范围大致为细砂到中等卵石。
无压渗流：具有自由面的渗流。 相当于透水地层中的明渠流动，水面线称为 浸润线。
均匀渗流：流线是平行直线、等深、等速的均匀 渗流，均匀渗流的水深称为渗流的正常水深，以h0表 示。
但由于受自然水文地质条件的影响，无压渗流更 多的是流线近于平行直线的非均匀渐变渗流。
10.3 地下水的渐变渗流
1. 裘皮依（J.Dupuit）公式 2. 渐变渗流基本方程 3. 渐变渗流浸润线的分析