土力学教学课件第4章土的渗透性及渗透稳定.ppt

1、土力学教学课件第4章土的渗透性及渗透稳定土体中的渗流土体中的渗流土颗粒土颗粒土中水土中水渗流渗流n 土是一种碎散的多孔介质，土是一种碎散的多孔介质，其孔隙在空间互相连通。当其孔隙在空间互相连通。当饱和土中的两点存在能量差饱和土中的两点存在能量差时，水就在土的孔隙中从能时，水就在土的孔隙中从能量高的点向能量低的点流动量高的点向能量低的点流动F 水在土体孔隙中流动的现象称为水在土体孔隙中流动的现象称为渗流渗流F 土具有被水等液体透过的性质称为土的土具有被水等液体透过的性质称为土的渗透性渗透性2.渗流引起的问题渗流引起的问题(Problems induced by seepage)（1）渗漏）渗漏(

2、Leakage)（2）渗透破坏）渗透破坏(Seepage failure)（3）影响土体的固结、强度、稳定和工程施工）影响土体的固结、强度、稳定和工程施工 Impact consolidation,strength,stability of soils and project construction透水层透水层不透水层不透水层防渗体防渗体坝体坝体浸润线浸润线渗流问题：渗流问题：1.渗流量渗流量Q？2.降水深度？降水深度？透水层透水层不透水层不透水层天然水面天然水面水井渗流水井渗流漏斗状潜水面漏斗状潜水面Q板桩围护下的基坑渗流板桩围护下的基坑渗流渗流问题：渗流问题：1.渗流量？渗流量？2.渗透

3、破坏？渗透破坏？3.渗水压力？渗水压力？透水层透水层不透水层不透水层基坑基坑板桩墙板桩墙渗流问题：渗流问题：1.渗流量？渗流量？2.地下水影响地下水影响 范围？范围？渠道、河流渗流渠道、河流渗流原地下水位原地下水位渗流时地下水位渗流时地下水位降雨入渗引起的滑坡降雨入渗引起的滑坡渗流问题：渗流问题：1.渗透力？渗透力？2.入渗过程？入渗过程？渗流量渗流量 扬压力扬压力 渗水压力渗水压力 渗透破坏渗透破坏 渗流速度渗流速度 渗水面位置渗水面位置挡水建筑物挡水建筑物 集水建筑物集水建筑物 引水结构物引水结构物 基础工程基础工程地下工程地下工程边坡工程边坡工程渗透特性变形特性强度特性土的渗透特性土的渗

4、透特性4.2.1 水头与水力梯度水头与水力梯度 Water head and hydraulic gradient1.水头及其类型（水头及其类型（Water head and its types）(1)位置水头位置水头 Elevation head z(2)压力水头压力水头 Pressure head(3)流速水头流速水头 velocity head(4)总水头总水头 Total head gvuzhw22(4-1)wugv222.水力梯度（水力梯度（Hydraulic gradient）4.2.2 达西定律达西定律 Darcys law1.达西定律的内容达西定律的内容 砂土中的渗透流量砂土中

5、的渗透流量 Q 与水头差与水头差(h1-h2)成正比，成正比，与渗径与渗径 L 成反比成反比 (4-5)Lhi 图图4-2 达西砂土试验装置达西砂土试验装置ALhhkQ21(4-6,a)LAh1h2QQ透水石引入水力坡降，则上式可改写为：引入水力坡降，则上式可改写为：Q=kiA上式还可写为：上式还可写为：式中，式中，k 称为土的称为土的渗透系数渗透系数(Coefficient of permeability)(cm/s)。(4-7)(4-6,b)kiAQv2.达西定律的适用范围达西定律的适用范围(Applicable scope)（1）粗粒土）粗粒土小于临界流速小于临界流速(Critical

6、velocity)Vcr（图图4-3）（2）密实粘土）密实粘土大于起始水力坡降大于起始水力坡降(Incept hydraulic gradient)ib（图图4-4）n 达西定律：达西定律：在层流状态的渗流中，渗透速度在层流状态的渗流中，渗透速度v与水力坡降与水力坡降i的一次方成的一次方成正比，并与土的性质有关正比，并与土的性质有关n 渗透系数渗透系数k:反映土的透水性能的比例系数，其物理意义为水力坡降反映土的透水性能的比例系数，其物理意义为水力坡降i1时的渗流速度，单位：时的渗流速度，单位：cm/s,m/s,m/dayn 渗透速度渗透速度v：土体试样全断面的平均渗流速度，也称假想渗流速度土体

7、试样全断面的平均渗流速度，也称假想渗流速度达西定律的适用范围达西定律的适用范围n 适用条件：层流（线性流动）适用条件：层流（线性流动）岩土工程中的绝大多数渗岩土工程中的绝大多数渗流问题，包括砂土或一般流问题，包括砂土或一般粘土，均属层流范围粘土，均属层流范围 在粗粒土孔隙中，水流形在粗粒土孔隙中，水流形态可能会随流速增大呈紊态可能会随流速增大呈紊流状态，渗流不再服从达流状态，渗流不再服从达西定律。可用雷诺数进行西定律。可用雷诺数进行判断判断 ：0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5达西定律达西定律适用范围适用范围2.01.51.00.50水力坡降水力坡降流速流速(m/h)砾石砾石粗砂粗砂中

8、砂中砂细砂细砂极细砂极细砂h10dvReRe5时层流时层流Re 200时紊流时紊流200 Re 5时为过渡区时为过渡区 4.2.3 土的渗透系数及其测定土的渗透系数及其测定 Permeability coefficient of soils and its measurement1.渗透系数的物理意义渗透系数的物理意义(Physical meaning)2.坝基土层渗透性分类坝基土层渗透性分类（1）强透水层）强透水层(Strong permeable layer)(k10-110-2 cm/s)（2）中等透水层）中等透水层(k10-210-4 cm/s)Moderate permeable l

9、ayer（3）相对不透水层）相对不透水层(k10-410-7 cm/s)Relative impermeable layer 3.室内渗透试验室内渗透试验(Permeability test in door)（1）常水头）常水头 粗粒土粗粒土 Constant head permeability test for coarse-grained soilAhtQLk(4-9)土样土样At=t1h1t=t2h2LQ水头水头测管测管开关开关ahL土样土样AVQ变水头试验仪变水头试验仪常水头试验仪常水头试验仪变水头试验仪变水头试验仪常水头试验仪常水头试验仪变水头试验仪变水头试验仪常水头试验仪常水头试验

10、仪（2）变水头）变水头 细粒土细粒土 Falling head permeability test for fine-grained soil两边积分，得两边积分，得adhdQAdtLhkdQ hdhkAaLkAhLdQdt)ln(ln1212hhkAaLtt2112ln)(hhttAaLk2112lg)(3.2hhttAaLk(4-10)(4-11)室内试验方法室内试验方法小结小结常水头试验常水头试验变水头试验变水头试验条件条件已知已知测定测定公式公式取值取值h=consth变化变化h，A，LV，t重复试验后，取均值重复试验后，取均值a，A，Lh，t21hhlnAtaLk htAVLk 不同

11、时段试验，取均值不同时段试验，取均值适用适用粗粒土粗粒土粘性土粘性土渗透系数的测定方法渗透系数的测定方法 常水头试验法常水头试验法 变水头试验法变水头试验法 井孔抽水试验井孔抽水试验 井孔注水试验井孔注水试验F 室内试验方法室内试验方法F 野外试验方法野外试验方法4.现场渗透试验现场渗透试验(Permeability test in site)（自学）（自学）（1）抽水法）抽水法(Pumping test)（2）注水法）注水法(Water injection test)5.经验估算法经验估算法(Empirical estimate formula)常见的渗透系数的经验计算公式见常见的渗透系数的

12、经验计算公式见P73表表41。常见的各类土的渗透系数的变化范围见常见的各类土的渗透系数的变化范围见P73表表42。4.现场渗透试验现场渗透试验(Permeability test in site)（自学）（自学）（1）抽水法）抽水法(Pumping test)（2）注水法）注水法(Water injection test)5.经验估算法经验估算法(Empirical estimate formula)常见的渗透系数的经验计算公式见常见的渗透系数的经验计算公式见P73表表41。常见的各类土的渗透系数的变化范围见常见的各类土的渗透系数的变化范围见P73表表42。现场测定法抽水试验现场测定法抽水试验

13、抽水量抽水量Q Qr1r2h1h2井井不透水层不透水层n 试验条件试验条件:Q=constn 量测变量量测变量:r=r1，h1=？r=r2，h2=？优点：可获得现场较为可靠的平均渗透系数优点：可获得现场较为可靠的平均渗透系数 缺点：费用较高，耗时较长缺点：费用较高，耗时较长观察井观察井4.3.1 静水中土的有效应力和孔隙水压力静水中土的有效应力和孔隙水压力(图图4-8(a)Effective stress and pore water pressure in static water4.3.2 稳定渗流情况下的有效应力和孔隙水压力稳定渗流情况下的有效应力和孔隙水压力 Effective str

14、ess and pore water pressure in case of stable seepage1.向下渗流的情况向下渗流的情况(图图4-8(b)Case of seepage downwards21hhsatw)(21hhuw22121)(hhhhhuwsatw由试样由试样22截面的受力平衡截面的受力平衡(Static equilibrium)得：得：(4-16)11huw)(122hLhhuwwAuuLAAAuWAuAsat)(2112(4-17)由有效应力原理得：由有效应力原理得：2.向上渗流的情况（图向上渗流的情况（图4-5(c)）Case of Seepage upward

15、s由有效应力原理得：由有效应力原理得：hLhLhLhLhhLhuwwwsatwsatwwsatw)()(1121(4-17,a)hLhLhLhLhhLhuwwwsatwsatwwsatw)()(1121(4-17,b)3.结论结论(Conclusions)（1）有效应力状态可用试样饱和重量与边界上孔隙水压力）有效应力状态可用试样饱和重量与边界上孔隙水压力之和表示之和表示（2）有效应力状态与渗流作用的方向有关）有效应力状态与渗流作用的方向有关4.4.1 渗透力渗透力(Seepage force)1.总渗透力总渗透力(Total seepage force)2.渗透力渗透力 j3.有效应力状态的两

16、种表示方法有效应力状态的两种表示方法（1）试样的浮重度）试样的浮重度与土骨架所受的渗透力与土骨架所受的渗透力 j表示表示(4-18)(4-17,c)hAFJwiALhAVJjwwjVVALLhALAwLj)(渗透变形渗透变形（Seepage failure）（2）试样饱和重量与边界上孔隙水压力之和表示（式）试样饱和重量与边界上孔隙水压力之和表示（式(4-17)）4.4.2 渗透破坏的形式渗透破坏的形式(Types of seepage failure)1.流土流土(Heaving,Boiling)（图（图4-9(b)）2.管涌管涌(Piping)（图（图4-9(a)）3.接触流失接触流失(Co

17、ntact lose)4.接触冲刷接触冲刷(Contact scouring)图图4-94-9渗透变形渗透变形-流土流土n 流土：流土：在在向上向上的渗透作用下，表层局部范围内的土体或颗的渗透作用下，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。任何类型的土，只要水粒群同时发生悬浮、移动的现象。任何类型的土，只要水力坡降达到一定的大小，都可发生流土破坏力坡降达到一定的大小，都可发生流土破坏粘性土粘性土k1k2砂性土砂性土k2坝体坝体渗流渗流crii e11GiscrF 原因：原因：与土的密实度有关与土的密实度有关坝体坝体渗透变形渗透变形 管涌管涌F 原因原因内因：有足够多的粗颗粒形成大

18、于细粒直径的孔隙内因：有足够多的粗颗粒形成大于细粒直径的孔隙外因：渗透力足够大外因：渗透力足够大 n 在渗流作用下，一定级配的无粘性土中的细小颗粒，通在渗流作用下，一定级配的无粘性土中的细小颗粒，通过较大颗粒所形成的孔隙发生移动，最终在土中形成与过较大颗粒所形成的孔隙发生移动，最终在土中形成与地表贯通的管道地表贯通的管道渗流渗流过程演示过程演示1.在渗透水流作用下，在渗透水流作用下，细颗粒在粗颗粒形成细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中移动流失的孔隙中移动流失2.孔隙不断扩大，渗流孔隙不断扩大，渗流速度不断增加，较粗速度不断增加，较粗颗粒也相继被水带走颗粒也相继被水带走3.形成贯穿的渗流通道，形成贯穿的

19、渗流通道，造成土体塌陷造成土体塌陷4.4.3 渗透破坏的判别渗透破坏的判别(Judgement)1.粘性土和均匀砂粘性土和均匀砂 流土流土 Cohesive soil and uniform sand2.级配不连续的砂砾石级配不连续的砂砾石 Discontinuously graded sandy gravel（1）填料含量）填料含量(Filling content)35%流土流土（3）填料含量）填料含量(Filling content)2535%过渡型过渡型(Transition type)3.级配连续的砂砾石级配连续的砂砾石 Continuously graded sandy gravel

20、（1）平均孔隙直径）平均孔隙直径D0可流动填料直径可流动填料直径d5管涌管涌 Mean void diameter Flowable filling diameter d5Piping（2）平均孔隙直径）平均孔隙直径D0可流动填料直径可流动填料直径d3流土流土（3）平均孔隙直径）平均孔隙直径D0介于可流动填料直径介于可流动填料直径d3 d5之间之间过渡型过渡型4.4.4 渗透破坏的渗透破坏的临界坡降临界坡降 Critical hydraulic gradient of seepage failure1.流土流土(Boiling)(图图4-10)当当 时，时，代入式（代入式（4-17，b）得）得

21、wi0hhhLiwwwwALALiw208/1025.0dCDu(4-19)(4-20)粘性土发生流土破坏的经验临界坡降粘性土发生流土破坏的经验临界坡降(Experiential values)0.81.2允许抗渗坡降允许抗渗坡降 i:一般砂土一般砂土=0.40.5；细粒含量大于；细粒含量大于35%砂砂砾料砾料0.50.8 Allowable seepage resistant gradient 实际允许坡降较大，粘性土可达实际允许坡降较大，粘性土可达46wwsatscrwswcreGieGi1111(4-21,a)(4-21,b)（1）icr 是是 Cu 的函数（图的函数（图4-11(a)）

22、（2）icr 决定于细粒填料的含量（图决定于细粒填料的含量（图4-11(b)）砂砾料的抗渗坡降见砂砾料的抗渗坡降见P80表表4-3。(4-23)kndicr23342图图4-114-11 scrFiiiFs:安全系数安全系数1.52.0 i :允许坡降允许坡降F i icr:土体发生流土破坏土体发生流土破坏n 工程设计：工程设计：流土可能性的判别流土可能性的判别n 在自下而上的渗流逸出处，任何土，包括粘性土和在自下而上的渗流逸出处，任何土，包括粘性土和无粘性土，只要满足渗透坡降大于临界水力坡降这无粘性土，只要满足渗透坡降大于临界水力坡降这一水力条件，均要发生流土：一水力条件，均要发生流土：n

23、土是否会发生管涌，取决于土的性质：土是否会发生管涌，取决于土的性质：粘性土（分散性土例外）属于非粘性土（分散性土例外）属于非管涌土管涌土 无粘性土中发生管涌必须具备相无粘性土中发生管涌必须具备相应的应的几何条件几何条件和和水力条件水力条件管涌可能性的判别管涌可能性的判别较均匀土较均匀土（CuCu 1010）几何条件几何条件 水力条件水力条件n 无粘性土管无粘性土管涌的判别涌的判别级配级配孔隙及细粒孔隙及细粒判定判定非管涌土非管涌土粗颗粒形成的粗颗粒形成的孔隙小于细颗粒孔隙小于细颗粒不均不均匀土匀土（Cu10Cu10）不连续不连续连续连续d d0 0=0.25d=0.25d2020细粒含量细粒含

24、量35%35%细粒含量细粒含量25%25%细粒含量细粒含量=25-35%=25-35%d d0 0 d d5 5d d0 0=d=d3 3-d-d5 5管涌土管涌土过渡型土过渡型土非管涌土非管涌土非管涌土非管涌土管涌土管涌土过渡型土过渡型土P(%)lgd骨架骨架充填料充填料F发生管涌的发生管涌的必要条件必要条件：粗颗：粗颗粒所构成的孔隙粒所构成的孔隙直径大于细颗粒直径大于细颗粒直径直径 几何条件几何条件 水力条件水力条件n 无粘性土管无粘性土管涌的判别涌的判别F 渗透力能够渗透力能够带动细颗粒在孔带动细颗粒在孔隙间滚动或移动。隙间滚动或移动。可用管涌临界水可用管涌临界水力坡降表示力坡降表示0

25、5 10 15 20 25 30 35 1.51.00.50icrCu流土流土过渡过渡管涌管涌水力坡降水力坡降级配连续土级配连续土 级配不连续土级配不连续土破坏坡降破坏坡降 icr0.20-0.400.1-0.3允许坡降允许坡降 i0.15-0.250.1-0.2伊斯托敏娜（苏）伊斯托敏娜（苏）中国学者中国学者 Cu 20时时,icr =0.25-0.30，考虑安全系数后：考虑安全系数后：i=0.10-0.15流土与管涌的比较流土与管涌的比较 流土流土土体局部范围的颗粒同时土体局部范围的颗粒同时发生移动发生移动管涌管涌只发生在水流渗出的表层只发生在水流渗出的表层只要渗透力足够大，只要渗透力足够

26、大，可发生在任何土中可发生在任何土中破坏过程短破坏过程短导致下游坡面产生局部滑动等导致下游坡面产生局部滑动等现象现象位置位置土类土类历时历时后果后果土体内细颗粒通过粗粒形成土体内细颗粒通过粗粒形成的孔隙通道移动的孔隙通道移动可发生于土体内部和渗流可发生于土体内部和渗流溢出处溢出处一般发生在特定级配的一般发生在特定级配的无粘性土或分散性粘土无粘性土或分散性粘土破坏过程相对较长破坏过程相对较长导致结构发生塌陷或溃口导致结构发生塌陷或溃口透水层透水层不透水层不透水层防渗体防渗体坝体坝体浸润线浸润线渗透变形的防治措施渗透变形的防治措施 scrFiiiF减小减小i i：上游延长渗径：上游延长渗径 下游减

27、小水压下游减小水压F增大增大i：下游增加透水下游增加透水 盖重盖重 改善几何条件：设反滤层等改善几何条件：设反滤层等 改善水力条件：减小渗透坡降改善水力条件：减小渗透坡降n 防治流土防治流土n 防治管涌防治管涌工程实例工程实例渗流问题渗流问题土的渗透性土的渗透性及渗透规律及渗透规律二维渗流二维渗流及流网及流网渗透力与渗透力与渗透变形渗透变形渗流中的水头与水力坡降渗流中的水头与水力坡降渗透试验与达西定律渗透试验与达西定律渗透系数的测定及影响因素渗透系数的测定及影响因素层状地基的等效渗透系数层状地基的等效渗透系数平面渗流的基平面渗流的基本方程及求解本方程及求解流网的绘制流网的绘制及应用及应用 渗透

28、力：概念与计算渗透力：概念与计算渗透变形：类型、条件、防治渗透变形：类型、条件、防治n平面问题：平面问题：渗流剖面和产生渗流剖面和产生渗流的条件沿某一个方向不渗流的条件沿某一个方向不发生变化，则在垂直该方向发生变化，则在垂直该方向的各个平面内，渗流状况完的各个平面内，渗流状况完全一致。全一致。对平面问题，常取对平面问题，常取dy=1m单单位宽度的一片来进行分析位宽度的一片来进行分析h=h(x,z),v=v(x,z)与时间无关与时间无关n 稳定渗流：稳定渗流：流场不随时间发生变化的渗流流场不随时间发生变化的渗流h平面稳定渗流平面稳定渗流渗流的连续性方程渗流的连续性方程 单位时间流入单元的水量单位

29、时间流入单元的水量:渗流的连续性方程：渗流的连续性方程：0zvxvzxdxvdzvdqzxedxdzzvvdzdxxvvdqzzxxo)()(单位时间内流出单元的水量单位时间内流出单元的水量:oedqdq 连续性条件连续性条件:dxdzvxdxxvvxxvzdzzvvzzxz渗流的运动方程渗流的运动方程zhkvxhkvzzxx;达西定律：达西定律：0zhkxhk22z22x 渗流的连续性方程：渗流的连续性方程：渗流的运动方程：渗流的运动方程：F特例：各向同性均质土体特例：各向同性均质土体 k kx x=k=kz z0zhxh2222LaplaceLaplace方程，描述渗流场方程，描述渗流场内

30、水头的分布，是平面稳内水头的分布，是平面稳定渗流的基本方程定渗流的基本方程H1H21231水头边界条件水头边界条件 在边界在边界 1 1上给定水头上给定水头12流速边界条件流速边界条件 在边界在边界 2 2上给定法向流速上给定法向流速43渗出面渗出面 在边界在边界 3 3上上H=zH=z，v vn n00自由水面自由水面*在边界在边界 4 4上上H=zH=z，v vn n=0=0渗流的边界条件渗流的边界条件4平面稳定渗流问题描述平面稳定渗流问题描述n 运动方程：运动方程：n 边界条件：边界条件：水头边界条件水头边界条件 在边界在边界 1 1上给定水头上给定水头12流速边界条件流速边界条件 在边

31、界在边界 2 2上给定法向流速上给定法向流速43渗出面渗出面 在边界在边界 3 3上上h=zh=z，v vn n00自由水面自由水面*在边界在边界 4 4上上h=zh=z，v vn n=0=00zhkxhk22z22x0zhxh2222或：或：F数学解析法或近似解析法：数学解析法或近似解析法：求取渗流运动方程求取渗流运动方程在特定边界条件下的理论解，或者在一些假定在特定边界条件下的理论解，或者在一些假定条件下，求其近似解条件下，求其近似解F数值解法：数值解法：有限元、有限差分、边界元法等，有限元、有限差分、边界元法等，近年来得到迅速地发展近年来得到迅速地发展F电比拟试验法：电比拟试验法：利用电

32、场来模拟渗流场，简便、利用电场来模拟渗流场，简便、直观，可以用于二维问题和三维问题直观，可以用于二维问题和三维问题F流网法：流网法：简便快捷，具有足够的精度，可分析简便快捷，具有足够的精度，可分析较复杂断面的渗流问题较复杂断面的渗流问题渗流分析的方法渗流分析的方法1.平面稳定渗流的基本方程平面稳定渗流的基本方程 Basic differential equation of Plane steady seepage2.流网及其特性流网及其特性（图图4-13）Flow net and its properties3.水力要素的计算水力要素的计算 Calculation of hydraulic p

33、arameters(4-23,c)02222yhxh流网及其特性流网及其特性F流线和等势线正交流线和等势线正交F流网中应使相邻流线间的流流网中应使相邻流线间的流函数差和相邻等势线间的势函数差和相邻等势线间的势函数（水头）差不变函数（水头）差不变F流网中每一网格的边长比为流网中每一网格的边长比为常数，通常取为常数，通常取为1 1n 在流场中，流线和等势线（等在流场中，流线和等势线（等水头线）组成的网格称为流网水头线）组成的网格称为流网+d+dvslslsvlvzdvdxvzdvdxvddxzzx 图图4-134-13（1）孔隙水压力）孔隙水压力(Pore water pressure)u（2）水

34、力坡降）水力坡降(Hydraulic gradient)i（3）渗流量渗流量(Seepage discharge)对各向同性土体对各向同性土体(For isotropic soil)idiiilhnlhi1(4-26,a)hlbnkibkqiidiiihlbnnkqnqQiidfifihnnkQdf(4-26,b)(4-25)huw(4-24)4.6.1 影响土的渗透性的因素影响土的渗透性的因素 Effect factors on soil permeability1.土粒大小和级配土粒大小和级配(Particle size and grading)（1）土粒大小土粒大小特征直径特征直径(Ch

35、aracteristic diameter)d20（2）细颗粒含量细颗粒含量(Fine particle content)（图（图4-14(a)）（3）含砾量）含砾量(Gravel content)（图（图4-14(b)）（4）粘土颗粒的矿物成份）粘土颗粒的矿物成份(Mineralogical composition)(4-27)220310234dnk21dck 饱和曲线饱和曲线含水量含水量 wWop干容重干容重 d max 1含水量含水量 w渗透系数渗透系数 k絮状结构絮状结构 分散结构分散结构渗透系数的影响因素 土的性质土的性质 水的性质水的性质 粒径大小及级配粒径大小及级配 孔隙比孔隙

36、比 矿物成分矿物成分 结构结构渗透系数的影响因素 n 水的动力粘滞系数：水的动力粘滞系数：温度温度，水粘滞性，水粘滞性，k n 饱和度（含气量）：封闭气饱和度（含气量）：封闭气泡对泡对k影响很大，可减少有效影响很大，可减少有效渗透面积，还可以堵塞孔隙渗透面积，还可以堵塞孔隙的通道的通道 土的性质土的性质 水的性质水的性质 粒径大小及级配粒径大小及级配 孔隙比孔隙比 矿物成分矿物成分 结构结构图图4-144-142.土的密度土的密度（孔隙比或孔隙率（孔隙比或孔隙率）（）（图图4-15）Soil density(Void ratio or porosity)3.水的动力粘滞系数水的动力粘滞系数 C

37、oefficient of dynamic viscosity T k4.土中封闭气体含量土中封闭气体含量(Occlude air content)4.6.2 成层土体中的渗流成层土体中的渗流 Seepage in stratified soil hhwswseeSCnnSCk1)1(3222322(4-28)图图4-154-15层状地基的等效渗透系数层状地基的等效渗透系数等效渗透系数等效渗透系数 确立各层土的确立各层土的ki 根据渗流方向确定等效渗流系数根据渗流方向确定等效渗流系数天然土层多呈层状天然土层多呈层状多个土层用假想单一土层置换，多个土层用假想单一土层置换，使得其总体的透水性不变使

38、得其总体的透水性不变1.二向稳定渗流的基本方程式二向稳定渗流的基本方程式 Basic differential equation of two-dimensional steady seepage2.kx、ky的确定的确定(Determination)（1）kx（图图4-16（a）(4-29)02222yhkxhkyx332211321iHkiHkiHkqqqqxiHkqxx)(1332211HkHkHkHkx(4-30)332211iHiHiHHih（2）ky（图图4-16（b）321qqqqyAikAikAikiAky332211(4-31,a)(4-31,b)3.稳定渗流基本方程式（稳定

39、渗流基本方程式（4-16）的解答）的解答Solution of basic differential equation of two-dimensional steady seepage4.6.3 非饱和土的渗透规律（自学）非饱和土的渗透规律（自学）Seepage law of unsaturated soils(4-32)332211kHkHkHHky332211332211)(1ikikikiHiHiHHkikyyhH1H2H3Hk1k2k3xzq1xq3xq2x1122不透水层不透水层等效渗透系数等效渗透系数:iixHkH1kkxn 已知条件已知条件:LhiiiixxqqiHHqx=vx

40、H=kx i Hqix=ki ii Hin 达西定律达西定律:n 等效条件等效条件:层状地基的水平等效渗透系数层状地基的水平等效渗透系数层状地基的垂直等效渗透系数层状地基的垂直等效渗透系数 iizkHHkH1H2H3Hhk1k2k3xzv承压水承压水kzvviihhiHHvi=ki(hi/Hi)iiiikHvh zkvHh iiiizkHvhhkvHn 已知条件已知条件:n 达西定律达西定律:n 等效条件等效条件:v=kz(h/H)等效渗透系数等效渗透系数:n 算例说明算例说明 daym100km01Hdaym1km01Hdaym010km01H332211/,./,./.,.按层厚加权平均，由较大值控制按层厚加权平均，由较大值控制层厚倒数加权平均，由较小值控制层厚倒数加权平均，由较小值控制daym6733HHkkiix/.daym030kHHkiiz/.层状地基的等效渗透系数层状地基的等效渗透系数H1H2H3Hk1k2k3xz层状地基的等效渗透系数层状地基的等效渗透系数水平渗流情形水平渗流情形垂直渗流情形垂直渗流情形条件条件已知已知等效等效公式公式LhiiHHqqiii;.;,121kHHiHkqxiixHkH1kii21HHhhvvv;.,.;,2121kkHHHhkikvzziizkHHk