文档介绍：§ 渗透力与渗透变形
一、渗透力和临界水力坡降
——渗透水流施加于单位土粒上的拖曳力
h
2
h1
h2
1
L
沿水流方向放置两个测压管,测压管水面高差h
水流流经这段土体,受到土颗粒的阻力,阻力引起的水头损失为h
土粒对水流的阻力应为
土样面积
根据牛顿第三定律,试样的总渗流力J和土粒对水流的阻力F大小相等,方向相反
渗流作用于单位土体的力
说明:渗透力j是渗流对单位土体的作用力,是一种体积力,其大小与水力坡降成正比,作用方向与渗流方向一致,单位为kN/m3
渗透力的存在,将使土体内部受力发生变化,这种变化对土体稳定性有显著的影响
a
b
c
渗透力方向与重力一致,促使土体压密、强度提高,有利于土体稳定
渗流方向近乎水平,使土粒产生向下游移动的趋势,对稳定不利
渗流力与重力方向相反,当渗透力大于土体的有效重度,土粒将被水流冲出
———使土体开始发生渗透变形的水力坡降
G
J
当土颗粒的重力与渗透力相等时,土颗粒不受任何力作用,好像处于悬浮状态,这时的水力坡降即为临界水力坡降
或
在工程计算中,将土的临界水力坡降除以某一安全系数Fs(2~3),作为允许水力坡降[i]。设计时,为保证建筑物的安全,将渗流逸出处的水力坡降控制在允许坡降[i]内
二、渗透变形
渗透水流将土体的细颗粒冲走、带走或局部土体产生移动,导致土体变形—————渗透变形问题(流土,管涌)
——在渗流作用下,局部土体表面隆起,或某一范围内土粒群同时发生移动的现象
流土发生于地基或土坝下游渗流出逸处,不发生于土体内部。开挖基坑或渠道时常遇到的流砂现象,属于流土破坏。细砂、粉砂、淤泥等较易发生流土破坏
——在渗流作用下,无粘性土中的细小颗粒通过较大颗粒的孔隙,发生移动并被带出的现象
土体在渗透水流作用下,细小颗粒被带出,孔隙逐渐增大,形成能穿越地基的细管状渗流通道,掏空地基或坝体,使其变形或失稳。管涌既可以发生在土体内部,也可以发生在渗流出口处,发展一般有个时间过程,是一种渐进性的破坏
——渗透变形的形式与土的