内容发布更新时间 : 2024/11/17 7:31:42星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

成正比。但是，对于密实的粘土，由于吸着水具有较大的粘滞阻力，因此，只有当水力梯度达到某一数值，克服了吸着水的粘滞阻力以后，才能发生渗透。将这一开始发生渗透时的水力梯度称为粘性土的起始水力梯度 。

（２）流网的特征和绘制

流网是由流线和等势线所组成的曲线正交网格。在稳定渗流场中，流线表示水质点的流动路线，流线上任一点的切线方向就是流速矢量的方向。等势线是渗流场中势能或水头的等值线。

对于各向同性渗流介质，由水力学可知，流网具有下列特征： (1) 流线与等势线互相正交；

(2) 流线与等势线构成的各个网格的长宽比为常数，当长宽比为 1 时，网格为曲线正方形，这也是最常见的一种流网；

(3) 相邻等势线之间的水头损失相等； (4) 各个流槽的渗流量相等。

由这些特征可进一步知道，流网中等势线越密的部位，水力梯度越大，流线越密的部位流速越大。 流网绘制步骤如下：

(1) 按一定比例绘出结构物和土层的剖面图； (2) 判定边界条件：图中

和

为等势线 ( 透水面 ) ； abc 、

为流线 ( 不透水面 ) ；

(3) 先试绘若干条流线 ( 应相互平行，不交叉且是缓和曲线 ) ；流线应与进水面、出水面 ( 等势线和

)正交，并与不透水面 ( 流线

) 接近平行，不交叉；

(4) 加绘等势线。须与流线正交，且每个渗流区的形状接近“方块”。 【例题】 何谓动力水？何谓临界水头梯度？

解题：答：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，也称渗流力。它的作用方

向与水流方向一致。

当向上的动水力与土的有效重度相等时，这时土颗粒间的压力等于零，土颗粒将处于悬浮状态而失去稳定，这种现象就称为流沙现象。这时的水头梯度称为临界水头梯度。

习题：

1. 变水头渗透试验中，土样直径为7.5cm，长1.5cm，量管（测压管）直径1.0cm，初始水头h0=25cm，经20min后，水头降至12.5cm，求渗透系数k。

2. 砂土试验l＝7.6cm，在常水头渗透仪中进行试验，渗透仪直径d=6.2cm，经过20s后流出的水量为0.700升，测压管中的水位差h=3.0 cm。求砂土的渗透系数。

【知识点３】渗透破坏与控制

渗流引起的渗透破坏问题主要有两大类：一是由于渗流力的作用，使土体颗粒流失或局部土体产生移动，导致土体变形甚至失稳；二是由于渗流作用，使水压力或浮力发生变化，导致土体或结构物失稳。前者主要表现为流砂和管涌后者则表现为岸坡滑动或挡土墙等构筑物整体失稳。

１．渗流力

地下水在土体中流动时，由于受到土粒的阻力，而引起水头损失，从作用力与反作用力的原理可知，水流经过时必定对土颗粒施加一种渗流作用力。为研究方便，单位体积土颗粒所受到的渗流作用力称为 渗流力 或动水压力。

渗流力的大小和水力梯度成正比，其方向与渗流方向一致。 2 流砂或流土现象

当作用在土体中的渗流力逐渐增大到某一数值，向上的渗流力克服了向下的重力时，土体就要发生浮起或受到破坏。将这种在向上的渗流力作用下，粒间有效应力为零时，颗粒群发生悬浮、移动的现象称为流砂现象，或流土现象。

这种现象多发生在颗粒级配均匀的 饱和细、粉砂和粉土层 中。它的发生一般是突发性的，对工程危害极大，

流砂现象的产生不仅取决于渗流力的大小，同时与土颗粒级配、密度及透水性等条件相关。 流砂现象的防治原则是：

1) 减小或消除水头差，如采取基坑外的井点降水法降低地下水位，或采取水下挖掘； 2) 增长渗流路径，如打板桩；

3) 在向上渗流出口处地表用透水材料覆盖压重以平衡渗流力； 4) 土层加固处理，如冻结法、注浆法等。 3 管涌现象和潜蚀作用

在渗透水流作用下，土中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中移动，以至流失。随着土的孔隙不断扩大，渗透速度不断增加，较粗的颗粒也相继被水流逐渐带走，最终导致土体内形成贯通的渗流管道，造成土体塌陷，这种现象称为管涌。管涌破坏一般有个时间发展过程，是一种渐进性质的破坏。

在自然界中，在一定条件下同样会发生上述渗透破坏作用，为了与人类工程活动所引起的管涌相区别，通常称之为潜蚀。潜蚀作用有机械的和化学的两种。机械潜蚀是指渗流的机械力将细土粒冲走而形成洞穴；化学潜蚀是指水流溶解了土中的易溶盐或胶结物使土变松散，细土粒被水冲走而形成洞穴，这两种作用往往是同时存在的。

土是否发生管涌，首先取决于土的性质，管涌多发生在砂性土中，其特征是颗粒大小差别较大，往往缺少某种粒经孔隙直径大且相互连通。无粘性土产生管涌必须具备两个条件：

几何条件：土中粗颗粒所构成的孔隙直径必须大于细颗粒的直径，这是必要条件，一般不均匀系数 Cu >10 的土才会发生管涌；

水力条件：渗流力能够带动细颗粒在孔隙间滚动或移动是发生管涌的水力条件，可用管涌的水力梯度来表示。但管涌临界水力梯度的计算至今尚未成熟。对于重大工程，应尽量由试验确定。

防治管涌现象，一般可从下列两个方面采取措施：

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； 改变水力条件，降低水力梯度，如打板桩。 习题：

1. 什么是达西定律？写出其表达式并说明符号的含义。

2. 达西定律的基本假定是什么？试说明达西定律的应用条件和适用范围。 3. 什么是渗透力？其大小和方向如何确定？

4. 渗透变形有哪几种形式？各有何特征？其产生机理和条件是什么？采用何种工程措施来防治渗透变形？

5. 在进行渗透试验时，为什么要求土样充分饱和，如果未充分饱和，在试验中将会出现什么现象？测出的渗透系数是偏大还是偏小？试分析造成这些结果的原因。

6. 什么是流网？其主要特征有那些？主要用途是什么？

第三章 土体中的应力

本章节包括5个知识点，土中自重应力及计算方法、基地压力及计算方法、地基中附加应力的计算方法，其中必须掌握的知识点是土中应力的计算方法和有效应力原理。

基础阶段，复习时间是从5月份至8月份，要求掌握土中应力的计算方法和有效应力原理。

在复习每一个知识点的过程中，首先要了解知识点，通过熟悉并分析理解教材内容，记忆相关的定义、分类并掌握其内涵，结合自己生活实践经验并通过相关试验操作，深刻理解把握本章内容，熟悉相应知识点重要公式要熟记，最后再通过本讲义如下内容对应的例题，从分析、解题、注意易错点到完成老师布置的作业完成相应知识点的掌握过程。

【知识点1】土的自重应力及计算方法

1 水位线以上土中的竖向自重应力

自重应力 sc 是土体在加载前由于上覆地层引起的应力，该应力是指在受力单元体任意斜面上的应力；而竖向自重应力 scz 则特指作用在单元体水平面上的垂直应力，该单元体埋深为 z ，假定为密实材料 ( 没有孔隙 ) 。如图所示。

图7.2 水位线以上的自重应力

自重应力或竖向自重应力取决于土体本身的特性。竖向自重应力 s cz 可通过一个简单的公式来确定：

式中： z ——受力单元体的埋深， m ； g ——土的重度， kN ／ m3 。

事实上，自重应力应包括垂直总应力或垂直自重应力，也应包括水平自重应力。因为水平自重应力也是由上覆土体作用产生的，按弹性理论，水平自重应力 s cx 为：

式中： m —土的泊松比，是一个很重要的变形参数，可由实验室确定； K 0 —土的侧压力系数。

在实际工程中，人们多关心的是竖向自重应力，故通常说的自重应力即指竖向自重应力。 2 层状土的自重应力

地基土多为层状土，若各层土的厚度和重度分别为 zi 和 gi 时，则所有土层的自重应力表示为

图 7.3 层状地基土模型

3 水位线以下土的自重应力

土中的应力在水上和水下差别很大，由公式

可以判断，在地下一定深度，自重应力取决于土的重度 g ，当土体一定时，如果土的重度大，自重应力高；反之自重应力则低。按照物体的浮力定律，水下土的自重应力

式中：

——在水位线以下土的自重应力， kN／m2 ； ——有效重度， kN／m3 ； ——土的饱和重度， kN／m3 ； ——水的重度， kN／m3 。

4 饱和土中孔隙水压力、有效应力和总应力的计算 有效应力原理

有效应力原理是太沙基提出的，其主要内容可归纳为如下两点：

（1）饱和土体内任一平面上受到的总应力可分为有效应力和孔隙水压力两部分。 其关系可表示为

式中：

— 作用在土中的总应力（包括自重应力和附加应力）；

，

，可按下式计算：

— 作用在土骨架上的力，称为有效应力；

μ— 孔隙水压力，性质与普通静水压力相同。

（2）土的变形（压缩）与强度的变化都取决于有效应力的变化。 有效应力、孔隙水压力和总应力的计算

如图所示的地基土层剖面。试求：（ 1 ）垂直方向的总应力

、孔隙水压力 和有效应力

、

沿深

度的分布；（ 2 ）若砂层中地下水位以上 1m 范围内为毛细饱和区时， ，、μ将如何分布？