当前课程知识点:高等土力学 > 第4章 土中渗流 > 4.2 饱和土的渗透性和基本方程 > 4.2.1 饱和土的渗透性和基本方程1
同学们好
下面我们学习第二节
“饱和土的渗透性和基本方程”
这一节主要包括土中水的势能
达西定律与土的渗透性
广义达西定律、饱和稳定渗流的数学描述
以及饱和非稳定渗流的数学描述
共5个部分
我们首先来介绍土中水的势能
水总是从能量高的地方流向能量低的地方
由于土中水渗流的速度较慢
其动能部分通常可以忽略不计
所以决定水渗流运动主要是其势能
土中水的势能主要可以分为重力势
压力势、基质势
和溶质势4种
重力势为水的位置势能
单位体积水的重力势
可表示为ψg=z·γw
其中z为所考虑点
相对于基准面的竖直距离
在基准面以上取正值 在基准面以下取负值
压力势由水受到的压力
即土中的孔隙水压力
简称孔压所决定
图中某点的压力势
可以用与该点连通的测压管中的水位确定
图中给出了一些常见情况下的压力势
包括静水中的压力势
存在超静孔隙水压力时的压力势
和稳定渗流场中的压力势
对稳定渗流场的情况
图中给出了确定图中a点
压力水头h的方法
此时需要先画出通过a点的等势线
如该等势线与浸润面的交点为b
则a到b间的竖向距离h
即为点a的压力水头
需要注意的是
对发生渗流的情况 不能由a点
直接到浸润面或自由水面
做竖直线的方法确定压力水头h
基质势又称为广义毛细势
由气水界面的收缩膜
也即表面张力引起
它实际上是一种
发生在非饱和区中的广义压力势
在非饱和区
孔隙水压力小于0
如图中所示
将一干土柱立在盛水的容器中
由于基质势会引起土柱中孔隙水的上升
当达到平衡状态之后
土柱中各处的总势能是相等的
如取容器内的静水位为基准面
则各点的总势能都为0
则对于A点有 总势能等于重力势能ψg
加上基质势能ψm等于0
重力势ψg=γw·hA
所以基质势能ψm=-γw·hA
这说明土中的基质势能
或者说非饱和区的孔隙水压力为负
且随位置的升高
负值越高
图中还给出了当达到平衡状态之后
土柱不同高度处含水量的分布
可见
随位置的升高
土柱中的含水量越低
溶质势是半透膜上渗透压力的反作用
它总是为负值
也叫做渗析吸力
它实际上是水中离子和分子
渗析扩散的驱动势能
与一般水体的宏观流动有一定的区别
纯水中
溶质势ψ0=0
溶解有离子的溶液中
溶质势ψ0<0
离子浓度越大
溶解的离子价位越高
ψ0的绝对值越高
在一般岩土工程领域
一般不考虑溶质势的影响
在水力学中常采用水头
来衡量水的势能的大小
水头指单位重量的水体所具有的能量
它一般包括位置水头z
压力水头u/γw
和流速水头v^2/(2g)
三部分
在研究渗流问题时
渗流多处于层流
流速较小
可忽略流速水头
因此渗流的总水头也就只包括位置水头z
和压力水头u/γw这两项
这两项的和也称测管水头
它是渗流的总驱动能
渗流总是从测管水头高处
流向测管水头低处
-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