1、第 3 章 土的渗透性及渗流 一、 简答题1. 试解释起始水力梯度产生的原因。2. 简述影响土的渗透性的因素主要有哪些。3. 为什么室内渗透试验与现场测试得出的渗透系数有较大差别？ 4. 拉普拉斯方程适应于什么条件的渗流场？5. 为什么流线与等势线总是正交的？6. 流砂与管涌现象有什么区别和联系？7. 渗透力都会引起哪些破坏？二、 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 。三、 选择题1
2、.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
3、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。（ ）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；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；土中任一点渗流力的大小取决于该点孔隙
4、水总水头的大小；渗流力的大小不仅取决于水力梯度，还与其方向有关。A.对 B.对 C.和对 D.全不对10.下列描述正确的是（ ）。A.流网中网格越密处，其水力梯度越小B.位于同一条等势线上的两点，其孔隙水压力总是相同的C.同一流网中，任意两相邻等势线间的势能差相等D.渗透流速的方向为流线的法线方向11.土体渗流研究的主要问题不包括（ ）。A.渗流量问题 B.渗透变形问题C.渗流控制问题 D.地基承载力问题12.某岸边工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透力最接近下列（）个值。(A)1.25k
5、N/m3； (B)0.83 kN/m3； (C) 0.50 kN/m3； (D) 0.20 kN/m3。13. 四个坝基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（）选项的土的渗透变形的破坏形式属于管涌。(A) ； (B) ；(C) ； (D) 。四、 判断改错题1. 绘制流网时必须满足的基本条件之一是流线和等势线必须正交。2. 达西定律中的渗透速度不是孔隙水的实际流速。3. 土的孔隙比愈大，其渗透系数也愈大。4. 在流网图中，流线愈密集的地方，水力坡降愈小。5. 发生流砂时，渗流力方向与重力方向相同。6. 细粒土的渗透系数测
6、定通常采用“常水头”试验进行。7. 绘制流网时，每个网格的长宽比没有要求。8. 在流网中，任意两相邻流线间的渗流量相等。9. 管涌发生在渗流溢出处，而流土发生的部位可以在渗流溢出处，也可以在土体内部。五、 计算题1.如图 31 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。（1） 已土样 2底面 cc 为基准面，求该面的总水头和静水头；（2） 已知水流经土样 2的水头损失为总水头差的 30%，求 bb 面的总水头和静水头；（3） 已知土样 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；（4） 求土样 1的渗透系数。图 31 （单位：cm） 图
7、 33 （单位：cm）2.如图 32 所示，在 5.0m 厚的黏土层下有一砂土层厚 6.0 m，其下为基岩（不透水）。为测定该沙土的渗透系数，打一钻孔到基岩顶面并以 10-2m3/s 的速率从孔中抽水。在距抽水孔 15m 和 30m 处各打一观测孔穿过黏土层进入砂土层，测得孔内稳定水位分别在地面以下 3.0m 和 2.5m ，试求该砂土的渗透系数。图 32 （单位：m）3. 某渗透装置如图 3-3所示。砂的渗透系数 ；砂的渗透系数 ；砂样断面积 A=200 ，试问：(1)若在砂与砂分界面处安装一测压管，则测压管中水面将升至右端水面以上多高？（2）砂与砂界面处的单位渗流量 q多大？4. 定水头渗
8、透试验中，已知渗透仪直径 ，在 渗流直径上的水头损失 ，在 60s时间内的渗水量 ，求土的渗透系数。5.设做变水头渗透试验的粘土式样的截面积为 ,厚度为 渗透仪细玻璃管的内径为 ，实验开始时的水位差为 ，经过 观察的水位差为 ，实验室的水温为 20，试求式样的渗透系数。6. 图 3-4为一板桩打入透土层后形成的流网。已知透水土层深 ，渗透系数 板桩打入土层表面以下 ，板桩前后水深如图 3-4所示。试求：(1)图中所示 a、b、c、d、e 各点的孔隙水压力；(2)地基的单位透水量。图 34 板桩墙下的渗流图7.如图 3-5所示，在长为 10cm，面积 的圆筒内装满砂土。经测定，粉砂的 ， 筒下端
9、与管相连，管内水位高出筒 5cm(固定不变)，流水自下而上通过试样后可溢流出去。试求(1)渗流力的大小，判断是否会产生流砂现象；(2)临界水利梯度 值。图 35第 3章 参考答案一、 简答题1.【答】起始水力梯度产生的原因是，为了克服薄膜水的抗剪强度 0(或者说为了克服吸着水的粘滞阻力)，使之发生流动所必须具有的临界水力梯度度。也就是说，只要有水力坡度，薄膜水就会发生运动，只是当实际的水力坡度小于起始水力梯度时，薄膜水的渗透速度 V非常小，只有凭借精密仪器才能观测到。因此严格的讲，起始水力梯度 I0是指薄膜水发生明显渗流时用以克服其抗剪强度 0的水力梯度。2. 【答】（1）土的粒度成分及矿物成
10、分。土的颗粒大小、形状及级配，影响土中孔隙大小及其形状，因而影响土的渗透性。土颗粒越粗，越浑圆、越均匀时，渗透性就大。砂土中含有较多粉土及粘土颗粒时，其渗透系数就大大降低。（2）结合水膜厚度。粘性土中若土粒的结合水膜厚度较厚时，会阻塞土的孔隙，降低土的渗透性。 （3）土的结构构造。天然土层通常不是各向同性的，在渗透性方面往往也是如此。如黄土具有竖直方向的大孔隙，所以竖直方向的渗透系数要比水平方向大得多。层状粘土常夹有薄的粉砂层，它在水平方向的渗透系数要比竖直方向大得多。（4）水的粘滞度。水在土中的渗流速度与水的容重及粘滞度有关，从而也影响到土的渗透性。3. 【答】室内试验和现场试验渗透系数有较
11、大差别，主要在于试验装置和试验条件等有关，即就是和渗透系数的影响因素有关，详见上一题。4. 【答】当渗流场中水头及流速等渗流要素不随时间改变时，这种渗流称为稳定渗流，而拉普拉斯方程是指适用于平面稳定渗流的基本方程。5. 【答】在稳定渗流场中，取一微单元体，并假定水体不可压缩，则根据水流连续原理，单位时间内流入和流出微元体的水量应相等，即 dqe=dq0。从而得到：即为二维渗流连续方程，从中由数学知识，可知流线和等势线正交。6. 【答】在向上的渗流力作用下，粒间有效应力为零时，颗粒群发生悬浮、移动的现象称为流砂(土)现象。这种现象多发生在颗粒级配均匀的饱和细、粉砂和粉土层中，一般具有突发性、对工
12、程危害大。在水流渗透作用下，土中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中移动，以至流失；随着土的孔隙不断扩大，渗流速度不断增加，较粗的颗粒也相继被水逐渐带走，最终导致土体内形成贯通的渗流管道，造成土体塌陷，这种现象称为管涌。它多发生在砂性土中，且颗粒大小差别大，往往缺少某种粒径，其破坏有个时间发展过程，是一种渐进性质破坏。具体地再说，管涌和流砂的区别是：（1）流砂发生在水力梯度大于临界水力梯度，而管涌发生在水力梯度小于临界水力梯度情况下；（2）流砂发生的部位在渗流逸出处，而管涌发生的部位可在渗流逸出处，也可在土体内部；（3）流砂发生在水流方向向上，而管涌没有限制。7. 【答】渗流引起的渗透破坏问题主要有两
13、大类：一是由于渗流力的作用，使土体颗粒流失或局部土体产生移动，导致土体变形甚至失稳；二是由于渗流作用，使水压力或浮力发生变化，导致土体和结构物失稳。前者主要表现为流砂和管涌，后者主要则表现为岸坡滑动或挡土墙等构造物整体失稳。二、 填空题1. 渗透性或透水性2. 土的粒度成分及矿物成分、土的密实度、土的饱和度、土的结构、土的构造、水的温度3. 常水头法、变水头法4. 流砂(土)、管涌5. 层流、渗透系数三、 选择题1.D 2.C 3.D 4.A 5.D 6.B 7.A 8.A 9.D 10. C 11. D 12. C 13.D(注：按规范当 时发生管涌)四、 判断改错题1.2.3. ，对黏性土
14、不成正比。 4. ，改“愈小”为“愈大”。5. ，改“相同”为“相反”。6. ，改“常水”头为“降水头”或“变水头”。7. ，每个网格的长宽比必须为定值。8.9. ，应将管涌与流土对调。五、 计算题1.解：如图 3-1，本题为定水头实验，水自下而上流过两个土样，相关几何参数列于图中。（1）以 c-c为基准面，则有：z c=0，h wc=90cm，h c=90cm（2）已知h bc=30%hac，而 hac由图 2-16 知，为 30cm，所以hbc=30%hac=0.330=9cm h b=hc-hbc=90-9=81cm又 z b=30cm，故 hwb=hb- zb=81-30=51cm（3
15、）已知 k2=0.05cm/s，q/A=k 2i2= k2hbc/L2=0.059/30=0.015cm3/s/cm2=0.015cm/s（4） i 1=hab/L1=（ hac-hbc）/L 1=（30-9）/30=0.7，而且由连续性条件，q/A=k 1i1=k2i2 k 1=k2i2/i1=0.015/0.7=0.021cm/s2. 解：分析：如图 3-2，砂土为透水土层，厚 6m，上覆粘土为不透水土层，厚 5m，因为粘土层不透水，所以任意位置处的过水断面的高度均为砂土层的厚度，即 6m。题目又给出了 r1=15m，r 2=30m，h 1=8m，h 2=8.5m。由达西定律的公式知， ，可改写为：带入已知条件，得到：本题的要点在于对过水断面的理解。另外，还有个别同学将 ln当作了 lg。3. 解：(1)设所求值为 ，砂样和砂样的高度分别为 和 。因各断面的渗流速度相等，故有即 (2)砂与砂界面处的单位渗流量 q为：
