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学 路基 第五章 河流与水的地质作用 路面 科 工程 第三节 地下水运动的基本规律及其对土木工程的影响 授课时数 授课方法 教 具 1、了解地下水的运动规律及分析、计算方法 教学目的 2、掌握地下水对工程的影响 授课班级 审批签字 教学重点 1、地下水的运动规律及分析、计算方法 和难点 2、地下水对工程的影响 1、河流的地质作用分为哪些种类？ 2、什么叫地下水？如何分类？ 复习提问 3、地下水按埋藏条件可以分为哪几种类型？它的物理性质有哪些？ 教学内容、方法和过程 一、地下水运动的几个基本概念 1、渗流（透）：地下水受重力作用在空隙介质中的运动称为渗流（透）。发生渗流的区域称为渗流场。 2、层流：水质点互相平行而互不干扰的运动，称为层流。 3、紊流：水质点互相干扰而无秩序的运动称为紊流。 二、达西定律：是由法国水力学家达西在1852～1855年通过大量实验得出，反映水在岩土孔隙中渗流规律的实验定律。表示液体在层流状况下，在多孔介质中单位流量与水力梯度的比例关系。即 Q=KA△h/L=KAI(A=F) 式中Q为单位时间渗流量，A为过水断面，△h为总水头损失，L为渗流路径长度，I=△h/L为水力坡度，K为渗流系数。关系式表明，水在单位时间内通过多孔介质的渗流量与渗流路径长度成反比，与过水断面面积和总水头损失成正比。从水力学已知，通过某一断面的流量Q等于流速v与过水断面F的乘积，即Q＝Fv。据此，达西定律也可以用另一种形式表达 V=Q/ASHEN=KI v为渗流速度。上式表明， 渗流速度与水力坡度一次方成正比。说明水力坡度与渗流速度呈线性关系，故又称线性渗流定律。达西定律适用的上限有两种看法：一种认为达西定律适用于地下水的层流运动；另一种认为并非所有地下水层流运动 附记 1

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附记 都能用达西定律来表述，有些地下水层流运动的情况偏离达西定律，达西定律的 适应范围比层流范围小。 这个定律说明水通过多孔介质的速度同水力梯度的大小及介质的渗透性能成正比。 1、渗流速度v：多孔介质中,流体通过整个岩层横截面积的流动速度叫做渗流速度；或渗流速度代表单位横截面积通过的比流量。渗流速度等于连续流体真实速度与孔隙度的乘积。 2、水力梯度I：指沿渗透途径水头损失与渗透途径长度的比值。可以理解为水流通过单位长度渗透途径为克服摩擦阻力所耗失的机械能；或为克服摩擦力而使水以一定流速流动的驱动力。 3、渗透系数K：在各向同性介质中，单位水力梯度下的单位流量，是岩石透水性强弱的数量指标。 三、达西定律在工程中的应用：应用达西定律可计算各种条件下的地下水流量。公路工程中最常用的是计算井、渗沟、隧道、基坑的涌水量。 1、渗沟：它是一种水平的排除地下水的构造物。按其是否深入整个含水层可分为完整渗沟和不完整渗沟两种。 1）完整渗沟：指穿过含水层直达底部隔水层且隔水层表面是水平的渗沟。（地下水从渗沟两侧涌入）(如图5-13所示) Q=K(H2-h2)/R 2）不完整渗沟：地下水不但从两侧渗入，也从沟底渗入。根据含水层厚度不同，又分为含水层厚度有限和含水层厚度无限两种情况。 （1）含水层厚度有限时的双侧流量：（如图5-14所示） q?2?k?HRln式中： ?????c（2）含水层厚度无限时的双侧流量（如图5-15所示）：计算公式与上式相同只是 ?????2Fr?2、基坑：基坑涌水量计算是把基坑假想为圆形大井,其引用半径: 0教学内容、方法和过程 ?式中：F－基坑面积 四、地下水与工程：在土木工程建设中，地下水常常起着重大作用。地下水对土 2

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附记 木工程的不良影响主要有：地面沉降、地面塌陷、流砂、管涌、浮托作用、基坑 突涌、对混凝土的侵蚀性等7种 1、地面沉降：松软土地区大面积抽取地下水，将造成大规模的地面沉降。由于抽水引起含水层水位下降，导致土层中孔隙水压力降低，颗粒间有效应力增加，地层压密超过一定限度，即表现出地面沉降。 地面沉降是一个环境工程地质问题。它给建筑物、上下水管道及城市道路都带来很大危害。地面沉降还会引起向沉降中心的水平移动，使建筑物基础、桥墩错动，铁路和管道扭曲拉断。 控制地面沉降最好的方法是合理开采地下水，多年平均开采量不能超过平均补给量。在地面沉降已经严重发生的地区，对含水层进行回灌可使地面沉降适当恢复。 2、地面塌陷：是松散土层中所产生的突发性陷落，多发生于岩溶地区。地面塌陷多为人为局部改变地下水位引起的，如地面水渠或地下输水管道渗漏可使地下水位局部上升，基坑降水或矿山排水疏干引起地下水位局部下降，这些现象都可导致在短距离内出现较大的水位差，水力坡度变大，从而增强地下水的潜蚀能力，对地层进行冲蚀、掏空，形成地下洞穴。当穴顶失去平衡时便发生地面塌陷。地面塌陷危害很大，破坏农田、水利工程、交通线路，引起房屋破裂倒塌、地下管道断裂。 为杜绝地面塌陷的发生，在重大工程附近应严格禁止能引起地下水位大幅度改变的工程施工，如必须施工时，应进行回灌，以保持附近地下水位不要有大的变化。 3、流砂：是指松散细小的土颗粒在动水压力下产生的悬浮流动现象。地下水自下而上渗流时，当地下水的动水压力大于土粒的浮容重或地下水的水力坡度大于临界水力坡度时，使土颗粒的有效应力等于零，土颗粒悬浮于水中，随水一起流出就会产生流砂。在地下水位以下的颗粒级配均匀的细砂、粉砂、粉质黏土中进行工程活动，如开挖基坑、埋设地下管道、打井等容易引起流砂。流砂在工程施工中能造成大量的土体流动，使地表塌陷或建筑物的地基破坏，给施工带来很

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