土力學(xué)與基礎(chǔ)工程第二章-土中水的運動規(guī)律(編輯修改稿)
2025-02-17 14:38 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 00 完整井： 井底鉆至不透水層； 非完整井： 井底末鉆至不透水層。 在抽水井四周設(shè)若干個觀測孔，以觀測周圍地下水位的變化。試驗抽水后，地基中將形成降水漏斗。當(dāng)?shù)叵滤M入抽水井的流量與抽水量相等且維持穩(wěn)定時，測讀此時的單位時間抽水量 q，同時在兩個距離抽水井分別為 r1和 r2的觀測孔處測量出水位 h1和 h2 。對非完整井需量測抽水井中的水深 h0，并確定降水影響半徑 R 。 圖 27 抽水試驗 （ 1）無壓完整井 上式求得的 k值為 r1rr2范圍內(nèi)的平均值。 若在試驗中不設(shè)觀測井，則需測定抽水井的水深 h0,并確定其降水影響半徑 R，此時降水影響半徑范圍內(nèi)的平均滲透系數(shù)為 R的取值對 k值的影響不大，在無實測資料時可采用經(jīng)驗值計算。 通常強透水土層（如卵石、礫石層等）的影響半徑 R值很大，在 200～ 500 m以上，而中等透水土層（如中、細砂等）的影響半徑 R值較小，在 100～ 200 m左右。 （ 2）無壓非完整井 （三）經(jīng)驗估算法 滲透系數(shù) k值還可以用一些經(jīng)驗公式來估算，例如：例如1991年 哈森 提出用有效粒徑 d10計算較均勻砂土的滲透系數(shù)的公式 ： 1955年，太沙基 提出了考慮土體孔隙比 e的經(jīng)驗公式 ： 以上二式中的 d10均以 mm計， k值的單位是 cm/s 。 這些經(jīng)驗公式雖然有其實用的一面，但都有其適用條件和局限性，可靠性較差，一般只在作粗略估算時采用。 在無實測資料時，還可以參照有關(guān)規(guī)范或已建成工程的資料來選定 k值，有關(guān)常見土的滲透系數(shù)參考值如下表 。 表 21 土的滲透系數(shù)參考值 土類 滲透系數(shù) k 土類 滲透系數(shù) k （ cm/s） （ cm/s） 粘 土 ?107 中 砂 102 粉質(zhì)粘土 105 ～ 106 粗 砂 102 粉 土 104 ～ 105 礫 砂 101 粉 砂 103 ～ 104 礫 石 ?101 細 砂 103 第三節(jié) 流網(wǎng)及其工程應(yīng)用 ? 在實際工程中，經(jīng)常遇到的是邊界條件較為復(fù)雜的二維或三維問題，如圖 28所示那樣的帶板樁閘基的滲流。 ? 在這類滲流問題中，滲流 場中各點的滲流速度 v與水 力梯度 i等均是位置坐標(biāo)的 二維或三維函數(shù)。 ? 對此必須首先建立它們的 滲流微分方程 ，然后結(jié)合 滲流邊界條件與初始條件 求解。 ? 工程中涉及滲流問題的常見構(gòu)筑物，如 壩基、閘基及帶擋墻（或板樁）的基坑 等這類構(gòu)筑物有一個共同的特點是 軸線長度遠大于其橫向尺寸 ，因而可以認為 滲流僅發(fā)生在橫斷面內(nèi) ，滲流的速度 v等即是點的位臵坐標(biāo) x、 z的二元函數(shù)，這種滲流稱為 二維滲流或平面滲流 。 一、平面穩(wěn)定滲流基本微分方程 ? 假定滲流為 穩(wěn)定流 ，而土體 骨架不產(chǎn)生變形 ，并且流體不可壓縮 。則在同一時段內(nèi)微單元體的 流出水量與流入水量相等 。 ? 對于各向異性土： ? 對于各向同性土： —— 拉普拉斯 (Laplace)方程 二、平面穩(wěn)定滲流的流網(wǎng)解法 ? 在實際工程中，滲流問題的邊界條件往往比較復(fù)雜，其嚴密的解析解一般都很難求得。 ? 因此對滲流問題的求解除采用解析解法外，還有數(shù)值解法、圖解法和模型試驗法等，其中最常用的是 圖解法 即 流網(wǎng)解法 。 （一）流網(wǎng)及其性質(zhì) ? 平面穩(wěn)定滲流基本微分方程的解可以用滲流區(qū)平面內(nèi)兩簇相互正交的曲線來表示。 ? 其中一簇為 流線 ，它代表水流的流動路經(jīng)。 ? 另一簇為 等勢線 ，在任一條等勢線上，各點的測壓水位或總水頭都在同一水平線上。 ? 工程上把這種等勢線簇和流線簇交織成的網(wǎng)格圖形稱為流網(wǎng) ，如右圖。 圖 210 閘基的滲流流網(wǎng) ? 各向同性土的流網(wǎng)具有如下性質(zhì)： （ 1）流網(wǎng)是相互正交的網(wǎng)格 由于流線與等勢線具有相互正交的性質(zhì)，故流網(wǎng)為正交網(wǎng)格。 （ 2）流網(wǎng)為曲邊正方形 在流網(wǎng)網(wǎng)格中，網(wǎng)格的長度 l與寬度 b之比通常取為定值，一般取 ，使方格成為 曲邊正方形 。 （ 3）任意兩相鄰等勢線間的水頭損失相等 滲流區(qū)內(nèi)水頭依等勢線等量變化，相鄰等勢線的水頭差相同。 （ 4）任意兩相鄰流線間的單位滲流量相等 相鄰流線間的滲流區(qū)域稱 為 流槽 ，每一流槽的單位滲 流量與總水頭 h、滲透系數(shù)是 及等勢線間隔數(shù)有關(guān)，與 流槽位置無關(guān)。 ? 流網(wǎng)的繪制方法大致有三種 ： (1) 解析法 ：即用解析的方法求出流速勢函數(shù)及流函數(shù)，再令其函數(shù)等于一系列的常數(shù)，就可以描繪出一簇流線和等勢線。 (2) 實驗法 ：常用的有水電比擬法。此方法利用水流與電流在數(shù)學(xué)上和物理上的相似性，通過測繪相似幾何邊界電場中的等電位線，獲取滲流的等勢線與流線，再根據(jù)流網(wǎng)性質(zhì)補繪出流網(wǎng)。 (3) 近似作圖法也稱手描法 ：系根據(jù)流網(wǎng)性質(zhì)和確定的邊界條件，用作圖方法逐步近似畫出流線和等勢線。 （二）流網(wǎng)的繪制 ? 在上述方法中，解析法雖然嚴密，但數(shù)學(xué)上求解還存在較大困難。實驗方法在操作上比較復(fù)雜，不易在工程中推廣應(yīng)用。 ? 目前常用的方法還是 近似作圖法 ，故下面主要對這一方法作一些介紹。 ? 近似作圖法的步驟 大致為： 先按流動趨勢畫出流線；
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