2.1土的渗透性ppt课件.ppt

4.3 土的渗透性 :4.3.1 土中水的势能重量势g压力势 p基质势 m溶质势 0:重量势gg－单位体积的水的重力势z为所考虑点相对于基准面的竖向距离，在基准面以上取正值；之下取负值 :压力势 p静水压力势渗流压力势超静水压力势 ，又称荷载势:图图4－－11 土中水的各种压力势土中水的各种压力势: 在静止的地下水位以下，土中各处的孔隙水总势能是相等的, 这时孔隙水总势能为重力势g和静水压力势p AB00h图图4－－ 静止的地下水位以下各点的势静止的地下水位以下各点的势:基质势 m 基质势又称为广义毛细势，主要是由气水界面的收缩膜，即表面张力引起的 :图图4－－12 土中的基质势土中的基质势:由于水是静止的，A,B两点的总势能相等等于静水面的势能基质势也是一种广义的压力势〔负压）图图4－－12 A、、B两点的总势能两点的总势能00:基质势也是一种广义的压力势〔非饱和土中）图图4－－13 张力计量测的正负压力势张力计量测的正负压力势:hw(A)>hw(B),水由A流向B图图4－－22:土－水特征曲线坐标的另一种表示：体积含水率 基质势与吸力：:土水特征曲线的拟合公式 ：图图4－－14 土水特征曲线土水特征曲线进气值点r残余含水率进气值点：吸力超过该点，空气进入残余含水率：含水率低于它，需很大吸力进一步减少含水率:4. 溶质势 0 纯水中溶质势设为零，即0=0 溶解有离子的溶液中溶质势0<0 离子浓度越大，溶解的离子价位越高， 0的绝对值越高 溶质势是半透膜上渗透压力的反作用，总是负值，也叫作渗析吸力 它实际上是水中离子和分子渗析扩散的驱动势能，与一般水体的宏观流动有所区别:4.3.2 达西定律的物理意义 v=k i其中 k 为渗透系数。

对于饱和土k为常数对于非饱和土，k是饱和度的函数:对于饱和土：v=k i 用毛细管代替孔隙通道，分析其中的一根毛细管，半径为R，截面积为a，截面上流速v(r)呈抛物线分布图图4－－15 毛细管渗流模型毛细管渗流模型: 每个毛细流管：水力坡降：i=h/L令阻力等于总压力差，可得：运用边界条件，积分得r半径处的流速:图图4－－24:单位面积流量：比例常数：图图4－－24:影响土渗透系数的因素有效粒径经验公式：:R毛细管半径；动力粘滞系数；n孔隙率 对于饱和土：渗透系数k取决于流体的性质 ，而又与温度、介质浓度和水中气泡等因素有关，与可溶性盐的含量有关；R和n受土粒的颗粒大小、级配、土颗粒的形状、矿物组成等因素影响；双电层中形成结合水，性质与一般状态的水有很大区别 ，它对孔隙水中的η、R、ｎ都会产生影响4.3.3 非饱和土的渗透性 图图4－－16 三种状态的非饱和土三种状态的非饱和土:土的饱和度比较高时（>85％～90％），土的孔隙主要被水所占据气体呈气泡状被水所包围，可随水一起流动，称为气封闭状态这种混和的流体是可压缩的，在较高压力势下，气泡可能压缩和溶解，使孔隙水饱和度进一步提高。

一般可按饱和土计算渗透与固结问题图图4－－16:当土中含水量很小时，孔隙水主要以水蒸汽和结合水状态存在，或者吸附在土颗粒局部和表面，被气体所隔离封闭，可不考虑水的流动称为水封闭状态图图4－－16:当气和水都连通，均可能发生流动，称为双开敞体系相应饱和度对于粘土约为50％－90％；对于砂土30％－80％，这种情况是研究非饱和土渗透性的主要课题一般分别考虑空气的流动和水的流动图图4－－16:对于气封闭情况Sr0: 初始饱和度Ch: 亨利系数：0.02pa: 大气压力：100kPa例如：Sr0=80% ua=1.25pa Sr=0.91 90% 0.55pa, 0.94三轴试验中施加反压，使其达到饱和c空气浓度 通过单位面积土的空气质量流量:气体的流动:: 非饱和土的渗透系数不是常数，受饱和度或基质势的影响随着饱和度减小渗透系数减小，ks: 饱和土中水的渗透系数脱水吸水非饱和土中水的渗透系数图图4－－17 脱水与吸水时的脱水与吸水时的土水特征曲线土水特征曲线:非饱和土中水的渗透系数砂〔0.5-0.25mm)体积含水率kw 10-3cm/s0.51.0砂〔1.0-0.5mm)图图4－－ 非饱和砂土中水的渗透系数非饱和砂土中水的渗透系数s：饱和时体积含水率:4.3.4 影响土渗透系数的因素： 土颗粒骨架性质 ：土的组成、状态、构造流体性质：粘滞系数η和液体〔水〕的容重:1.土颗粒骨架性质 :1〕组成：粘土矿物：高岺石>伊里石>蒙脱石 砂土：颗粒大小、形状和级配。

有效粒径2〕状态：密度或者孔隙比e：k随e减小而减小3〕土的结构 ：:粘性土的触变性使其强度随时间而提高，渗透系数降低下图为压实土在不同含水量下渗透系数的变化其中k0为压实后立即测的值，k21为21天后实测的值图图4－－18 压实含水量与渗透系数压实含水量与渗透系数:流体性质：粘滞系数η和液体〔水〕的容重1.渗透流体受到的压力；2.温度；3.流体内电解质的浓度等因素影响；4.水中含有封闭小气泡时，会对其渗透性产生很大影响；5.在粘土中由于双电层的影响，电解质溶质的成分对其渗透性起主要作用；6.溶液中盐含量提高〔或价位提高），渗透系数加大，这与粘土中结合水膜的厚度有关4.3.5 达西定律的适用范围粗粒土：层流与紊流图图4－－20 层流与紊流层流与紊流: 粘性土：起始水力坡降：由于结合水的粘滞性，需要一定的水力坡降克服其抗剪强度－屈服剪应力图图4－－21:。