当前课程知识点:高等土力学 > 第4章 土中渗流 > 4.1 概述 > 4.1 概述
同学们好
欢迎大家来到清华大学高等土力学慕课课程
我是清华大学《高等土力学》课程的主讲教师
张丙印
从今天开始
我们学习《高等土力学》第四章
土中水及渗流计算
本章共包括:(1)概述
(2)饱和土的渗透性和基本方程
(3)饱和土二维渗流和流网
(4)饱和渗流数值计算方法
(5)非饱和土中水的形态和基质吸力
(6)非饱和土土水特征曲线
和(7)非饱和土的渗透性
和数值计算共7节内容
本章的主要内容可分为饱和土渗流
和非饱和土渗流两个部分
其中
第2
第3
第4节
将在大学土力学的基础上
进一步介绍饱和土的渗透性
流网和数值计算方法等
在第4、5、6节
将学习有关非饱和土的基质吸力
土水特征曲线
渗透性和数值计算方法等内容
下面我们学习第一节概述
土体实际上是一种非连续的
碎散的和多相的颗粒材料
在土力学中
有一个我们称之为“土骨架”的概念
土骨架是由相互接触的土颗粒组成的
它具有土体整体的体积和截面积
但不包括孔隙中的气体和液体的部分
土骨架中含有连通的孔隙
其中的气相和液相流体
可在不平衡势的作用下发生流动
这也就是所谓的渗流
渗流研究的就是水在土体孔隙中运动的规律
相比一般的水的流动
渗流具有下面的特点
第一
渗流的流速通常较小
惯性力和流速水头可忽略不计
第二
渗流是水在土体微小孔隙中的流动
水流一般都处于颗粒的边壁附近
也即颗粒边壁的摩阻力
对水流会起很大的作用
第三
土体孔隙系统的几何形状是十分复杂的
因此一般无法准确的描述土体中
某个真实点上的流动状态
只能以附近一个范围内
流动的平均状况作为描述的指标
例如
当我们说土体当中某一点的流速时
并不是指这个理论点上的真实的流速
而是指在这个点周围
一定体积内平均流速的某种度量
这张图图示了地球表面
土体中孔隙水可能存在的形式
其中
地面是地下水和大气中的水
进行交换的输入和输出的界面
主要的过程包括入渗和蒸发等
在地面的下方一般为浅层非饱和区
通常又称包气带
该区位于毛细区的上方
其特性受到地表蒸发和入渗过程的强烈的影响
其主要特征有
一
位于地下水位和毛细区以上
第二
是非饱和的
水饱和度小于1
三
水相压力小于大气压
四
渗透系数不为常数
其大小与含水量的大小有关
如果土层中存在饱和区
则会有一个所谓的地下水位
在地下水位处
土体的孔隙水压力
正好等于大气压力
在地下水位的上方是毛细区
它是地下水位以上受毛细作用的区域
其中紧邻地下水位的区域可能是饱和的
称为饱和
毛细区
再向上的区域则是非饱和的
称非饱和毛细区
毛细区的上升高度取决于土体的孔隙特性
随着上升高度的增加
水饱和度逐渐减小
在该区域
水压力小于大气压
且随高度逐渐的减小
毛细区的性质非常的复杂
在地下水位的下面
是地下水饱和区
该区的孔隙水也称重力水
该区域位于地下水位以下
是饱和的
也即水饱和度等于1
水压力大于大气压
且随深度的增加而线性增大
同一种土的饱和渗透系数
可认为是常数
饱和渗流的研究
就是地下水饱和区水的运动规律
对于在地下工程领域遇到的饱和重力水区域
通常可划分为上层滞水
潜水和承压水三种不同的形式
其中上层滞水指局部隔水层
或弱透水层之上
积聚的具有自由水面的重力水
一般分布范围和水量均有限
具有自由水面的重力水
称为潜水
充满两个稳定不透水层
或弱透水层之间的重力水
称为承压水
土中水使大地充满生机
是陆地上植物与动物的生命之源
土中各部分的水一般是运动的
土中水的这种运动
对于人类生产
生活及环境和生态
都具有很大的影响
相关的工程领域包括水利
建筑
交通
采矿、石油、农业和环境等
这张图给出了历史上
研究土中水和渗流问题的一些重要进展
如1856年法国工程师达西(Darcy)提出达西定律
1889年
俄国的茹可夫斯基
推导了渗流的偏微分方程
1901年劳(Low)
给出了黏土颗粒表面结合水形成的机理
1910年
理查森
首先提出了有限差分法
1922年
巴甫洛夫斯基
提出了求解渗流场的电模拟法
20世纪60年代以后
计算渗流力学得到了迅速的发展
逐渐成为了分析有关渗流问题的主要的手段
此外在非饱和土、固结与变形耦合计算
与极限分析耦合
混合流
污染物扩散等方面
有关渗流问题的研究
也得到了迅速的发展
这一节的内容就介绍到这里
谢谢大家
-0.1 岩土工程的学科特点与发展
-0.2 土力学学科的发展历史
-0.3 岩土工程实践的发展
-0.4 理论与工程的检验
-0.5 岩土工程的可持续发展
-第0章 绪论-作业
-1.0 概述
--1.0 概述
--1.0 概述-作业
-1.1 室内试验
--1.1 室内试验-作业
-1.2 模型试验
--1.2 模型试验
--1.2 模型试验-作业
-1.3 原位测试与现场观测
--1.3 原位测试与现场观测-作业
-1.4 试验的检验与验证
-2.1 概述
--2.1 概述
--2.1 概述-作业
-2.2 应力和应变
--2.2 应力和应变-作业
-2.3 土的应力变形特性
--2.3 土的应力变形特性-作业
-2.4 土的弹性模型
--2.4 土的弹性模型-作业
-2.5 土的弹塑性模型的一般原理
--2.5 土的弹塑性模型的一般原理-作业
-2.6 剑桥模型
--2.6 剑桥模型-习题
-2.7 其它典型弹塑性模型
--2.7 其它典型弹塑性模型-作业
-3.1 概述
--3.1 概述-作业
-3.2 土的抗剪强度的机理
--3.2 土的抗剪强度的机理-作业
-3.3 土的强度与土的物理性质
--3.3 土的强度与土的物理性质-作业
-3.4 影响土的强度的外部因素
--3.4 影响土的强度的外部因素-作业
-3.5 土的排水与不排水强度
--3.5 土的排水与不排水强度-作业
-3.6 土的强度理论
--3.6 土的强度理论-作业
-3.7 黏性土的抗拉强度
--3.7 黏性土的抗拉强度-作业
-4.1 概述
--4.1 概述
--4.1 概述-作业
-4.2 饱和土的渗透性和基本方程
--4.2 饱和土的渗透性和基本方程-作业
-4.3 饱和土二维渗流和流网
--4.3 饱和土二维渗流和流网-作业
-4.4 饱和渗流数值计算方法
--4.4 饱和渗流数值计算方法-作业
-4.5 非饱和土中水的形态和基质吸力
--4.5 非饱和土中水的形态和基质吸力-作业
-4.6 非饱和土土水特征曲线
--4.6 非饱和土土水特征曲线-作业
-4.7 非饱和土的渗透性和数值计算
--4.7 非饱和土的渗透性和数值计算-作业
-5.1 概述
--5.1 概述
-5.2 土的压缩与地基的沉降
--5.2 土的压缩与地基的沉降-作业
-5.3 地基沉降的计算方法
--5.3 地基沉降的计算方法-作业
-5.4 单向固结的普遍方程及一般问题
--5.4 单向固结普遍方程及一般问题-作业
-5.5 土的三维固结理论
--5.5 土的三维固结理论-作业
-5.6 关于土体固结的其他问题简介
--5.6 关于土体固结的其他问题简介-作业
-6.1 概述
--6.1 概述
-6.2 边坡稳定分析方法
-6.3 最小安全系数和潜在滑动面的搜索方法
-6.4 极限平衡法边坡稳定分析的一些结论
-6.5 塑性力学上下限定理简介
-6.6 基于有限单元法的边坡稳定分析
-6 边坡稳定分析-作业