土力學(xué)與基礎(chǔ)工程第二章-土中水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律-資料下載頁(yè)
2025-01-21 14:38本頁(yè)面
【正文】 流網(wǎng)網(wǎng)格的長(zhǎng)度為 l，寬度為 b。 ? 單元體上的作用力可分為二部分，一部分為 孔隙水壓力 ，另一部分為 土粒間的作用力 。 ? 由于單元體各個(gè)面上的孔隙 水壓力存在壓力差，使水在 土粒中流動(dòng)而對(duì)土粒產(chǎn)生滲 透力。 圖 213 (a)擋土墻平面滲流場(chǎng) 設(shè)網(wǎng)格單元體中四個(gè)頂點(diǎn) A， B， C， D的測(cè)壓管水頭分別為h1， (h1 + h0)， (h2 +h0)， h2，如圖 213(b)所示。 根據(jù)孔隙水壓力計(jì)算方法，可進(jìn)一步作出作用在單元體上各個(gè)面的孔隙水壓力分布圖，如圖 213(c)。 由此可求出水流在平行水流方向的作用力 FH（ AB與 CD面上孔隙水壓力的合力）和垂直水流方向的作用力 FN（ AD與 BC面上孔隙水壓力的合力）如下： 水在土中滲流時(shí)還將受到土粒對(duì)水流的阻力 Js 和本身重量Gw的作用，其中 Gw的值為： 從圖 213(b)中的幾何條件可求得： 設(shè)阻力 Js 在水流方向和垂直水流方向的分量分別為 Jst、 Jsn ，在垂直水流方向運(yùn)用力的平衡條件： 可見(jiàn)阻力 Js 在垂直水流方向的分量為零，因此 Js =Jst ，其方向與水流方向一致。 在平行水流方向，運(yùn)用力的平衡條件： 水流對(duì)土粒的滲透力 J是阻力 Js 的反作用力，故單元體中的滲透力為： 單位體積內(nèi)土粒受到的單位滲透力為： 式中 i 為水力梯度。 在流網(wǎng)網(wǎng)格的水力梯度求得后，則可由上式求出各網(wǎng)格的單位滲透力 ji 。對(duì)單向穩(wěn)定滲流問(wèn)題，單位滲透力 j為常量，土體中總滲透力 J＝ jA， 這里 A為過(guò)水?dāng)嗝娣e。 A=lib i 對(duì)于平面穩(wěn)定滲流問(wèn)題，各網(wǎng)格中的滲透力 Ji＝ jil ib i ，而整個(gè)滲流場(chǎng)的總滲流力 J，將是各流網(wǎng)網(wǎng)格滲透力的矢量和。 二、滲透變形 ? 滲透變形： ? 當(dāng)水力梯度超過(guò)一定的界限值后，土中的滲流水流會(huì)把部分 土體 或 土顆粒 沖出、帶走，導(dǎo)致局部土體發(fā)生位移，位移達(dá)到一定程度，土體將發(fā)生失穩(wěn)破壞，這種現(xiàn)象稱(chēng)為 滲透變形 。 ? 滲透變形主要有二種形式 : (1) 流土（流砂）： 滲流水流將 整個(gè)土體 帶走的現(xiàn)象。 (2) 管涌： 滲流中 土體大顆粒之間的小顆粒被沖出 的現(xiàn)象。 九江大堤決口 1998年 8月 7日 13:10發(fā)生管涌險(xiǎn)情， 20分鐘后，在堤外迎水面找到 2處進(jìn)水口。 又過(guò) 20分鐘，防水墻后的土堤突然塌陷出 1個(gè)洞， 5 m寬的堤頂隨即全部塌陷，并很快形成寬約 62m的潰口。 潰口原因： 堤基管涌 焦點(diǎn)詞匯： 豆腐渣工程 （一）流土 ? 滲流方向與土重力方向相反時(shí)，滲透力的作用將使土體重力減小，當(dāng)單位滲透力 j等于土體的單位有效重力 ??（有效重度）時(shí)，土體處于流土的 臨界狀態(tài) 。 ? 如果水力梯度繼續(xù)增大，土中的單位滲透力將大于土的單位有效重力，此時(shí)土體將被沖出而發(fā)生 流土 。 ? 據(jù)此，可得到 發(fā)生流土的條件 為： j ?? 或 ?wi ?? ? 流土的臨界狀態(tài)對(duì)應(yīng)的水力梯度 ic稱(chēng)為 臨界水力梯度 ，它可用下式表示： ic = ??/?w = (?s1)/(1+e) 式中， ?s—— 地基土的土粒密度， g/cm3。 流土（砂） ? 在粘性土中 ， 滲透力的作用 往往使?jié)B流逸出處某一范圍內(nèi)的土體出現(xiàn) 表面隆起變形 ； ? 而在 粉砂細(xì)砂及粉土等粘聚性差的土 中，水力梯度達(dá)到一定值后，滲流逸出處出現(xiàn)表面隆起變形的同時(shí)，還可能出現(xiàn)滲流水流夾帶泥土向外涌出的砂沸現(xiàn)象，致使地基破壞，工程上將這種流土現(xiàn)象稱(chēng)為 流砂 。 ? 工程中將臨界水力梯度 ic除以安全系數(shù) K作為 容許水力梯度 [i]，設(shè)計(jì)時(shí)滲流逸出處的水力梯度 i應(yīng)滿(mǎn)足如下要求： [] ciii K??對(duì)流土 (砂 )安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)， K一般可取 ～ 。 （二）管涌 ? 管涌 是在滲流過(guò)程中，土體中的化合物不斷溶解、細(xì)小顆粒在大顆粒間的孔隙中移動(dòng)，形成一條管狀通道，最后土粒在滲流逸出處沖出的一種現(xiàn)象。 ? 產(chǎn)生管涌的條件比較復(fù)雜，從單個(gè)土粒來(lái)看，如果只計(jì)土粒的重量，則當(dāng)土粒周界上水壓力合力的垂直分量大于土粒的重量時(shí)，土粒即可被向上沖出。 ? 實(shí)際上管涌可能在水平方向發(fā)生，土粒之間還有摩擦力等的作用，它們很難計(jì)算確定。 ? 因此，發(fā)生管涌的臨界水力梯度 ic一般通過(guò)試驗(yàn)確定。 ? 測(cè)定管涌臨界水力梯度 ic的試驗(yàn)裝置如圖所示。 ? 抬高儲(chǔ)水容器，水頭差 h增大，滲透速度隨之增大。 ? 當(dāng)水頭差增大到一定程度后，可觀察到試樣中細(xì)小土粒的移動(dòng)現(xiàn)象，此時(shí)的水力梯度即為發(fā)生管涌的臨界水力梯度。 圖 214(a) 管涌試驗(yàn)裝置圖 ? 在試驗(yàn)中可測(cè)定出不同水力梯度 i下對(duì)應(yīng)的滲透速度 v，繪制出 vi關(guān)系曲線(xiàn)，如圖所示。 ? vi關(guān)系曲線(xiàn)上可以發(fā)現(xiàn)，滲透速度隨水力梯度的變化率在發(fā)生管涌前后有明顯不同，在發(fā)生管涌前后分成兩條直線(xiàn) . ? 這兩條直線(xiàn)的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的水力梯度即為發(fā)生管涌的 臨界水力梯度 ic。 圖 214(b) 管涌試驗(yàn) vi關(guān)系曲線(xiàn) ? 工程中在對(duì)管涌安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，通常可取 K＝ ～ 。 ? 管涌的形成與土的不均勻系數(shù) Cu 、土中細(xì)粒土含量等因素有關(guān)。因此工程中也可用它們來(lái)判別土的抗管涌安全性。 ? 如右圖所示，不均勻系數(shù) Cu越大，管涌現(xiàn)象愈容 易發(fā)生 。 ? 例題 22 某工程開(kāi)挖深度為 m的基坑時(shí)采用板樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)，基坑在排水后的穩(wěn)定滲流流網(wǎng)如圖所示。地基土的飽和重度 gsat= kN/m3 ，地下水位距離地表 m。判斷基坑中的 a～ b滲流逸出處是否發(fā)生流土？ 圖 216 ? 【 解 】 由流網(wǎng)圖可知，地基中流網(wǎng)的等勢(shì)線(xiàn)數(shù)量為 n=10，總水頭差為 h= m－ m= m，則相鄰兩等勢(shì)線(xiàn)的水頭損失為： ? ? a～ b滲流逸出處的水力梯度 iab 可用流網(wǎng)網(wǎng)格 abcd的平均水力梯度近似表示，從流網(wǎng)圖中可量得網(wǎng)格長(zhǎng)度 l= m，則 ? ? 而流土的臨界水力梯度為： ? 可見(jiàn) iabic，在 a～ b 滲流逸出處不會(huì)發(fā)生流土現(xiàn)象。
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