第四章 土的渗透性与土中渗流
第四章土的渗透性与土中渗流
一、单项选择题
1. 在常水头试验测定渗透系数k中，饱和土样截面积为A，长度为L，当水流经土样，当水头差△h，
及渗出流量Q稳定后，量测经过时间t内流经试样的水量V，则土样的渗透系数k为。
(A) V△h /(ALt) (B) △h V/(LAt) (C) VL/(△h At)
2. 下述关于渗透力的描述正确的为。
①其方向与渗流方向一致；②其数值与水力梯度成正比；③是一种体积力
(A) 仅①②正确(B) 仅①③正确(C) ①②③都正确
3. 管涌形成的条件中，除具有一定的水力条件外，还与几何条件有关，下列叙述正确的是。
(A) 不均匀系数C u<10的土比不均匀系数C u>10的土更容易发生管涌
(B) 不均匀系数C u>10的土比不均匀系数C u<10的土更容易发生管涌
(C) 与不均匀系数Cu没有关系
4. 不透水岩基上有水平分布的三层土，厚度均为1m，渗透系数分别为k1=1m/d，k2=2m/d，k3=10m/d，
则等效土层水平渗透系数k x为。
(A) 12 m/d (B) 4.33 m/d (C) 1.87 m/d
5. 下列土样中更容易发生流砂。
(A) 粗砂或砾砂(B) 细砂和粉砂(C) 粉土
6. 如图所示有ABC三种土，其渗透系数分别为，k A=1×10-2cm/s，k B=3×10-3cm/s，k C=5×10-4cm/s，装
在断面10cm×10cm的方管中，问渗流经过A土后的水头降落值△h为。
(A) 5 cm (B) 10 cm (C) 20 cm
7. 下列关于影响土体渗透系数的因素中描述正确的是。
①粒径大小和级配；②结构与孔隙比；③饱和度；④矿物成分；⑤渗透水的性质
(A) 仅①②对影响渗透系数有影响(B) ④⑤对影响渗透系数无影响
(C) ①②③④⑤对渗透系数均有影响
8. 某基坑围护剖面如图，从图中可以得出AB两点间的平均水力梯度为。
(A) 1 (B) 0.4 (C) 0.25
9. 在防治渗透变形措施中，是在控制水力梯度。
(A) 上游做垂直防渗帷幕或设水平铺盖(B) 下游挖减压沟(C) 逸出部位铺设反滤层
10. 已知土样的饱和容重为γsat，长为L，水头差为h，则土样发生流砂的条件为：
(A) h>L(γsat-γw)/γw(B) h>Lγsat/γw(C) h 二、问答题 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？ 三、计算题 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。 3. 在两种不同的土上进行降水头渗透试验，数据见下表。求这两种土的渗透系数。如果这两种土为相 邻的土层，各厚2.0m，求平行和垂直于层面方向的平均渗透系数。 4. 试验装置如下图所示，已知土样长l＝30cm，G s＝2.72，e＝0.63， (1) 若水头差 h＝20cm，土样单位体积上的渗透力多少? (2) 判断土样是否发生流土？ (3) 求土样发生流土的水头差? 第四章土的渗流性和渗流问题 一、填空题 1.当渗流方向向上，且水头梯度大于临界水头梯度时，会发生流砂现象。 2.渗透系数的数值等于水力梯度为1时，地下水的渗透速度越小，颗粒越粗的土，渗透系数数值越大。 3.土体具有被液体透过的性质称为土的渗透性或透水性。 4.一般来讲，室内渗透试验有两种，即常水头法和变水头法。 5.渗流破坏主要有流砂和管涌两种基本形式。 6.达西定律只适用于层流的情况，而反映土的透水性的比例系数，称之为土的渗 透系数。 7.出现流砂的水头梯度称临界水头梯度。 8.渗透力是一种体积力。它的大小和水力坡度成正比，作用方向与渗流 方向相一致。 二、名词解释 1.渗流力：水在土中流动时，单位体积土颗粒受到的渗流作用力。 2.流砂：土体在向上动水力作用下，有效应力为零时，颗粒发生悬浮、移动的现象。 3.水力梯度：土中两点的水头差与水流过的距离之比。为单位长度上的水头损失。 4.临界水力梯度：使土开始发生流砂现象的水力梯度。 三、选择题 1.流砂产生的条件为：（D ） （A）渗流由上而下，动水力小于土的有效重度 （B）渗流由上而下，动水力大于土的有效重度 （C）渗流由下而上，动水力小于土的有效重度 （D）渗流由下而上，动水力大于土的有效重度 2.饱和重度为20kN/m3的砂土，在临界水头梯度I Cr时，动水力G D大小为：（ C ）（A）1 kN/m3（B）2 kN/m3 （C）10 kN/m3 （D）20 kN/m3 3.反应土透水性质的指标是（D ）。 （A）不均匀系数（B）相对密实度（C）压缩系数（D）渗透系数 4.下列有关流土与管涌的概念，正确的说法是（C ）。 （A）发生流土时，水流向上渗流；发生管涌时，水流向下渗流 （B）流土多发生在黏性土中，而管涌多发生在无黏性土中 （C）流土属突发性破坏，管涌属渐进式破坏 （D）流土属渗流破坏，管涌不属渗流破坏 5.土透水性的强弱可用土的哪一项指标来反映（D ） （A）压缩系数（B）固结系数（C）压缩模量（D）渗透系数 6.发生在地基中的下列现象，哪一种不属于渗透变形（A ） （A）坑底隆起（B）流土（C）砂沸（D）流砂 7.下属关于渗流力的描述不正确的是（D ）。 （A）其数值与水力梯度成正比，其方向与渗流方向一致 （B）是一种体积力，其量纲与重度的量纲相同 （C）流网中等势线越密集的区域，其渗流力也越大 （D）渗流力的存在对土体稳定总是不利的 8.下列哪一种土样更容易发生流砂（B ） （A）砂砾或粗砂（B）细砂或粉砂（C）粉质黏土（D）黏土 第四章 土的渗透性和渗流问题 第一节 概述 土是由固体相的颗粒、孔隙中的液体和气体三相组成的，而土中的孔隙具有连续的性质，当土作为水土建筑物的地基或直接把它用作水土建筑物的材料时，水就会在水头差作用下从水位较高的一侧透过土体的孔隙流向水位较低的一侧。 渗透：在水头差作用下，水透过土体孔隙的现象 渗透性：土允许水透过的性能称为土的渗透性。 水在土体中渗透，一方面会造成水量损失，影响工程效益；另一方面将引起土体内部应力状态的变化，从而改变水土建筑物或地基的稳定条件，甚者还会酿成破坏事故。 此外，土的渗透性的强弱，对土体的固结、强度以及工程施工都有非常重要的影响。 本章将主要讨论水在土体中的渗透性及渗透规律，以及渗透力渗透变形等问题。 第二节 土的渗透性 一、土的渗透规律——达西定律 (一)渗流中的总水头与水力坡降 液体流动的连续性原理：（方程式） dw v dw v w w ??=2 211 2211v w v w = 1 221w w v v = 表明：通过稳定总流任意过水断面的流量是相等的；或者说是稳定总流的过水断面的 平均流速与过水断面的面积成反比。 前提：流体是连续介质 流体是不可压缩的； 流体是稳定流，且流体不能通过流面流进或流出该元流。 理想重力的能量方程式（伯努利方程式1738年瑞士数学家应用动能定理推导出来的。） c g v r p Z =++22 饱和土体空隙中的渗透水流，也遵从伯努利方程，并用水头的概念来研究水体流动中 的位能和动能。 水头：实际上就是单位重量水体所具有的能量。 按照伯努利方程，液流中一点的总水头h ，可以用位置水头Z ，压力水头U/r w 和流速水 《土力学》第三章习题集及详细解答 第3章土的渗透性及渗流 一、填空题 1.土体具有被液体透过的性质称为土的。 2.影响渗透系数的主要因素有：、、、、、 。 3.一般来讲，室内渗透试验有两种，即和。 4.渗流破坏主要有和两种基本形式。 5.达西定律只适用于的情况，而反映土的透水性的比例系数，称之为土的。 二选择题 1.反应土透水性质的指标是（）。 A.不均匀系数 B.相对密实度 C.压缩系数 D.渗透系数 2.下列有关流土与管涌的概念，正确的说法是（）。 A．发生流土时，水流向上渗流；发生管涌时，水流向下渗流 B.流土多发生在黏性土中，而管涌多发生在无黏性土中 C.流土属突发性破坏，管涌属渐进式破坏 D.流土属渗流破坏，管涌不属渗流破坏 3.土透水性的强弱可用土的哪一项指标来反映？（） A.压缩系数 B.固结系数 C.压缩模量 D.渗透系数 4.发生在地基中的下列现象，哪一种不属于渗透变形？（） A.坑底隆起 B.流土 C.砂沸 D.流砂 5.下属关于渗流力的描述不正确的是（）。 A.其数值与水力梯度成正比，其方向与渗流方向一致 B.是一种体积力，其量纲与重度的量纲相同 C.流网中等势线越密集的区域，其渗流力也越大 D.渗流力的存在对土体稳定总是不利的 6.下列哪一种土样更容易发生流砂？（） A.砂砾或粗砂 B.细砂或粉砂 C.粉质黏土 D.黏土 7.成层土水平方向的等效渗透系数与垂直方向的等效渗透系数的关系是（）。 A.> B.= C.< 8. 在渗流场中某点的渗流力（）。 A.随水力梯度增加而增加 B.随水利力梯度增加而减少 C.与水力梯度无关 9.评价下列说法的正误。（） ①土的渗透系数越大，土的透水性也越大，土的水力梯度也越大； ②任何一种土，只要水力梯度足够大，就有可能发生流土和管涌； ③土中任一点渗流力的大小取决于该点孔隙水总水头的大小； ④渗流力的大小不仅取决于水力梯度，还与其方向有关。 A.①对 B.②对 C.③和④对 D.全不对 10.下列描述正确的是（）。 第二章 土的渗透性和渗流问题 第一节 概 述 土是多孔介质，其孔隙在空间互相连通。当饱和土体中两点之间存在能量差时，水就通过土体的孔隙从能量高的位置向能量低的位置流动。水在土体孔隙中流动的现象称为渗流；土具有被水等液体透过的性质称为土的渗透性。 土的渗透性是土的重要力学性质之一。在水利工程中，许多问题都与土的渗透性有关。渗透问题的研究主要包括以下几个方面： 1．渗流量问题。 例如对土坝坝身、坝基及渠道的渗漏水量的估算（图2－la 、b ），基坑开挖时的渗水量及排水量计算（图2－1C ），以及水井的供水量估算（图2－1d ）等。渗流量的大小将直接关系到这些工程的经济效益。 2．渗透变形（或称渗透破坏）问题。 流经土体的水流会对土颗粒和土体施加作用力，这一作用力称为渗透力。当渗透力过大时就会引起土颗粒或土体的移动，从而造成土工建筑物及地基产生渗透变形。渗透变形问题直接关系到建筑物的安全，它是水工建筑物和地基发生破坏的重要原因之一。由于渗透破坏而导致土石坝失事的数量占总失事工程数量的25%~30%。 3．渗流控制问题。 当渗流量和渗透变形不满足设计要求时，要采用工程措施加以控制，这一工作称为渗流控制。 渗流会造成水量损失而降低工程效益；会引起土体渗透变形，从而直接影响土工建筑物和地基的稳定与安全。因此，研究土的渗透规律、对渗流进行有效的控制和利用，是水利工程及土木工程有关领域中的一个非常重要的课题。 第二节 土的渗透性 一、土的渗透定律—达西定律 （一）渗流中的总水头与水力坡降 液体流动除了要满足连续原理外，还必须要满足液流的能量方程，即伯努里方程。在饱和土体渗透水流的研究中，常采用水头的概念来定义水体流动中的位能和动能。水头是指单位重量水体所具有的能量。按照伯努里方程，液流中一点的总水头h ，可用位置水头Z 、压力水头w u γ和流速水头g v 22 之和表示，即 1)-(2 22 g v u z h w ++=γ 式(2—1)中各项的物理意义均代表单位重量液体所具有的各种机械能，其量纲为长度。 对于流经土体中A 、B 二点渗流（图2－2），按照式（2－1），A 、B 两点的总水头可分别表示为： g v u z h g v u z h B w B B A w A A 22222 1++=++=γγ 且 h h h ?+=21 第三章：土的渗透特性及渗透稳定 土中水运动规律——土的渗透性。渗透：水透过土体孔隙的现象。渗透性：土允许水透过的性质称为土的渗透性。土石坝坝基坝身渗流、板桩围护下的基坑渗流、水井渗流、渠道渗流。 达西定律——水在土中的渗透速度与土的水力梯度成正比v=k·i （水力梯度i ，即沿渗流方向单位距离的水头损失） 密实的粘土，需要克服结合水的粘滞阻力后才能发生渗透;同时渗透系数与水力坡降的规律还偏离达西定律而呈非线性关系 。达西定律适用于层流，不适用于紊流。 1.常水头试验——整个试验过程中水头保持不变。适用于透水性大（k>10-3cm/s ）的土，例如砂土。 hAt QL k At L h k kiAt vAt qt Q = ?==== 2.变水头试验——整个试验过程水头随时间变化。适用于透水性差，渗透系数小的粘性土。 任一时刻t 的水头差为h ，经时段dt 后，细玻璃管中水位降落dh ，在时段dt 内流经试样的水量dQ=－a·dh 在时段dt 内流经试样的水量dQ=k.I.A.dt=k.A.h/L.dt 管内减少水量＝流经试样水量 －a.dh=k.A.h/L.dt 分离变量，积分 2 112ln )(h h t t A aL k -= 3.现场抽水试验——单一土层可以取样在室内测定，实际上土体都是成层的，有时室内测定结果很难代表现场实际，这时亦可采用现场测试方法确定k 值。根据井底土层的情况此井可分为完整井（井底位于不透水层）和非完整井（井底位于透水土层）两种类型；假设抽水孔钻至不透水层层面，属于完整井。钻孔——1个抽水孔，1～2个观测孔，开始抽水！ 在△t 时间内，抽水量为Q ，并在土中形成一个降落漏斗，假定在任一半径处，水头梯度为常数，即i=dh/dr ， 任一点的过水断面为2.π.r.h 。Q=k.i.A. △ t=k.(dh/dr).A. △ t=k.(dh/dr).(2.π.r.h). △ t 4.水平渗流层状地基的等效渗透系数 条件：L h i i j ?= = ∑=jx x q q ∑=j H H 等效渗透系数：H i k H v q x x x ??==， ∑∑∑==j j j j j jx H k i H i k q 即得：j j x H k H k ∑= 1 常水头 变水头 L h i = ?? ??????=?21 21 2h h r r dh h t k r dr Q π)(ln 212 21 2h h t k r r Q -????=?π1 2 2122ln )(r r h h t Q k ?-???= πQ 截面面积a 第二篇 土力学 第四章 土的渗透性和渗流问题 第一节 概述 土是由固体相的颗粒、孔隙中的液体和气体三相组成的，而土中的孔隙具有连续的性质，当土作为水土建筑物的地基或直接把它用作水土建筑物的材料时，水就会在水头差作用下从水位较高的一侧透过土体的孔隙流向水位较低的一侧。 渗透：在水头差作用下，水透过土体孔隙的现象 渗透性：土允许水透过的性能称为土的渗透性。 水在土体中渗透，一方面会造成水量损失，影响工程效益；另一方面将引起土体内部应力状态的变化，从而改变水土建筑物或地基的稳定条件，甚者还会酿成破坏事故。 此外，土的渗透性的强弱，对土体的固结、强度以及工程施工都有非常重要的影响。 本章将主要讨论水在土体中的渗透性及渗透规律，以及渗透力渗透变形等问题。 第二节 土的渗透性 一、土的渗透规律——达西定律 (一)渗流中的总水头与水力坡降 液体流动的连续性原理：（方程式） dw v dw v w w ?? =2 21 1 2211v w v w = 1 2 21w w v v = 表明：通过稳定总流任意过水断面的流量是相等的；或者说是稳定总流的过水断面的 平均流速与过水断面的面积成反比。 前提：流体是连续介质 流体是不可压缩的； 流体是稳定流，且流体不能通过流面流进或流出该元流。 理想重力的能量方程式（伯努利方程式1738年瑞士数学家应用动能定理推导出来的。） c g v r p Z =++22 饱和土体空隙中的渗透水流，也遵从伯努利方程，并用水头的概念来研究水体流动中 的位能和动能。 水头：实际上就是单位重量水体所具有的能量。 按照伯努利方程，液流中一点的总水头h ，可以用位置水头Z ，压力水头U/r w 和流速水 头V 2/2g 之和表示，即 g v r u Z h w 22 ++= 4-1 此方程式中各项的物理意义均代表单位重量液体所具有的各种机械能，而其量纲都是 长度。 第3章土的渗透性及渗流 题 始水力梯度产生的原因。 土的渗透性的因素主要有哪些。 内渗透试验与现场测试得出的渗透系数有较大差别？ 方程适应于什么条件的渗流场？ 线与等势线总是正交的？ 涌现象有什么区别和联系？ 会引起哪些破坏？ 题 液体透过的性质称为土的。 数的主要因素有：、、、、、。 室内渗透试验有两种，即和。 要有和两种基本形式。 适用于的情况，而反映土的透水性的比例系数，称之为土的。 题 性质的指标是（）。 B.相对密实度 D.渗透系数 土与管涌的概念，正确的说法是（）。 时，水流向上渗流；发生管涌时，水流向下渗流 在黏性土中，而管涌多发生在无黏性土中 性破坏，管涌属渐进式破坏 破坏，管涌不属渗流破坏 强弱可用土的哪一项指标来反映？（） B.固结系数 D.渗透系数 中的下列现象，哪一种不属于渗透变形？（） B.流土 C.砂沸 D.流砂 流力的描述不正确的是（）。 力梯度成正比，其方向与渗流方向一致 力，其量纲与重度的量纲相同 线越密集的区域，其渗流力也越大 在对土体稳定总是不利的 土样更容易发生流砂？（） B.细砂或粉砂 D.黏土 方向的等效渗透系数与垂直方向的等效渗透系数的关系是（）。 B.= C.< 中某点的渗流力（）。 增加而增加 B.随水利力梯度增加而减少 C.与水力梯度无关 法的正误。（） 数越大，土的透水性也越大，土的水力梯度也越大； ，只要水力梯度足够大，就有可能发生流土和管涌； 渗流力的大小取决于该点孔隙水总水头的大小； 小不仅取决于水力梯度，还与其方向有关。 B.②对 C.③和④对 D.全不对 正确的是（）。 越密处，其水力梯度越小 等势线上的两点，其孔隙水压力总是相同的 ，任意两相邻等势线间的势能差相等 方向为流线的法线方向 研究的主要问题不包括（）。 B.渗透变形问题 题 D.地基承载力问题 程场地细砂含水层的流线上A、B两点，A点的水位标高2.5米，B点的水位标高3.0米，两点间流线长为10米，计算两点间的平均渗个值。 ； (B)0.83 kN/m3； (C) 0.50 kN/m3； (D) 0.20 kN/m3。 土样的孔隙率和细粒含量（以质量百分率计）如下，试按《水利水电工程地质勘察规范》（GB50287-99）计算判别下列（）选项的土式属于管涌。 ； (B) ； ； (D) 。 改错题 时必须满足的基本条件之一是流线和等势线必须正交。 中的渗透速度不是孔隙水的实际流速。 比愈大，其渗透系数也愈大。 中，流线愈密集的地方，水力坡降愈小。 时，渗流力方向与重力方向相同。 渗透系数测定通常采用“常水头”试验进行。 时，每个网格的长宽比没有要求。 ，任意两相邻流线间的渗流量相等。 在渗流溢出处，而流土发生的部位可以在渗流溢出处，也可以在土体内部。 题 所示，在恒定的总水头差之下水自下而上透过两个土样，从土样1顶面溢出。 2底面c－c 为基准面，求该面的总水头和静水头； 流经土样2的水头损失为总水头差的30%，求 b－b面的总水头和静水头； 样2的渗透系数为0.05cm/s ，求单位时间内土样横截面单位面积的流量； 第二章、土的渗透性和渗流问题 本章提要：土的渗透性和渗透规律 平面渗流及流网 渗透力与渗透变形 本章特点：有严格的理论（水流的一般规律） 有经验性规律（散粒多孔介质特性） 学习要点：注意对物理概念和意义的把握 注意把握土是散粒多孔介质这一特点 §2.1 概述 §2.2 土的渗透性与渗透规律 §2.3 平面渗流与流网 §2.4 渗透力与渗透变形 §2.1 概述 土是一种碎散的多孔介质，其孔隙在空间互相连通。当饱和土中的两点存在能量差时，水就在土的孔隙中从能量高的点向能量低的点流动。 ?水在土体孔隙中流动的现象称为渗流 ?土具有被水等液体透过的性质称为土的渗透性 §2.2 土的渗流性与渗透规律 ?水头与水力坡降渗流的驱动能量 ?土的渗透试验与达西定律反映渗流特点的定律 ?渗透系数的测定及影响因素土的渗透性 ?层状地基的等效渗透系数地基的渗透系数 ?位置水头：到基准面的竖直距离，代表单位重量的液体从基准面算起所具有的位置 势能 ?压力水头：水压力所能引起的自由水面的升高，表示单位重量液体所具有的压力势 能 ?测管水头：测管水面到基准面的垂直距离，等于位置水头和压力水头之和，表示单 位重量液体的总势能 ?在静止液体中各点的测管水头相等 位置、压力和测管水头 ? 达西定律：在层流状态的渗流中，渗透速度v 与水力坡降i 的一次方成正比，并与 土的性质有关 ? 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i ＝1时的渗流 速度，单位： cm/s, m/s, m/day ? 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 其中，V s 为实际平均流速，孔隙断面的平均流速 i k A Q v ?==n v v v s = <土的渗流性和渗流问题习题与答案
土的渗透性和渗流问题
《土力学》第三章习题集详细解答
第二章 土的渗透性和渗流问题
第三章：土的渗透特性及渗透稳定
土的渗透性和渗流问题
土力学习题及答案--第三章解析
(完整版)第二章、土的渗透性和渗流问题2.1+2.2+2.3