第3章土的滲透性及滲流（答案在最底端）一、簡答題1.試解釋起始水力梯度產(chǎn)生的原因。2.簡述影響土的滲透性的（1）土的土顆粒越粗，越渾圓、越均勻時，滲透性因素主要有哪些。粒度成分及礦物成分。土的顆粒大小、形狀及級配，影響土中孔隙大小及其形狀，因而影響土的滲透性。中含有較多粉土及粘土顆粒時，其滲透系數(shù)就大大降低。（2）3）土的結(jié)構(gòu)構(gòu)就大。砂土結(jié)合水膜厚度。粘性土中若土粒的結(jié)合水膜厚度較厚時，會阻塞土的孔隙，降低土的滲透性。（造。天然土層通常不是各向同性的，在滲透性方面往往也是如此。如黃土具有豎直方向的大孔隙，所以豎直方向的滲透系數(shù)要比水平方向大得多。層狀粘土常夾有薄的粉砂層，它在水平方向的滲透系數(shù)要比豎直方向大得多。（4）水的粘滯度。水在土中的滲流速度與水的容重及粘滯度有關(guān)，從而也影響到土的滲透性。3.么室內(nèi)滲透試驗(yàn)與現(xiàn)場測試得出的滲透系數(shù)有較大差別？4.拉普拉斯方程適應(yīng)于什么條件的滲流場？5.流么線與等勢線總是正交的？6.流砂與管涌現(xiàn)象有什么區(qū)別和聯(lián)系？7.滲透力都會引起哪些破壞？二、填空題1.土體具有被液體透過的性質(zhì)稱為土的。2.影響滲透系數(shù)的主要因素有：、、、、、。3.一般來講，室內(nèi)滲透試驗(yàn)有兩種，即和。4.滲流破壞主要有和兩種基本形式。水性的比例系數(shù)，稱之為土的5.達(dá)西定律只適用于的情況，而反映土的透。三、選擇題1.反應(yīng)土透水性質(zhì)的指標(biāo)是（）。A.不均勻系數(shù)B.相對密實(shí)度C.壓縮系數(shù)D.滲透系數(shù)2.下列有關(guān)流土與管涌的概念，正確的說法是（）。A．發(fā)生流土?xí)r，水流向上滲流；發(fā)生管涌時，水流向下滲流B.流土多發(fā)生在黏性土中，而管涌多發(fā)生在無黏性土中C.流土屬突發(fā)性破壞，管涌屬滲流破壞，管涌不屬滲流破壞水性的強(qiáng)弱可用土的哪一項(xiàng)指標(biāo)來反映？（）屬漸進(jìn)式破壞D.流土3.土透A.壓縮系數(shù)C.壓縮模量4.發(fā)生在地基中的B.固結(jié)系數(shù)D.滲透系數(shù)下列現(xiàn)象，哪一種不屬于滲透變形？（）A.坑底隆起B(yǎng).流土C.砂沸D.流砂5.下屬關(guān)于滲流力的描述不正確的是（）。A.其數(shù)值與水力梯度成正比，其方向與滲流B.是一種體積力，其量綱與重度的量綱相同網(wǎng)中等勢線越密集的區(qū)域，其滲流力也越大D.滲流力的存在對土體穩(wěn)定總是不利的6.下列哪一種土樣更容易發(fā)生流砂？（）方向一致C.流A.砂礫或粗砂B.細(xì)砂或粉砂D.黏土C.粉質(zhì)黏土7.成層土水平方向的等效滲透系數(shù)與垂直方向的等效滲透系數(shù)的關(guān)系是（）。A.>B.=C.<8.在滲流場中某點(diǎn)的滲流力（）。A.隨水力梯度增加而增加B.隨水利力梯度增加而減少C.與水力梯度無關(guān)9.評價下列說法的正誤。（）①土的滲透系數(shù)越大，土的透水性也越大，土的水力梯度也越大；②任何一種土，只要水力梯度足夠大，就有可能發(fā)生流土和管涌；④滲流力的大小不僅取決于水力梯度，還與其方向有關(guān)。A.①對B.②對C.③和④對D.全不對③土中任一點(diǎn)滲流力的大小取決于該點(diǎn)孔隙水總水頭的大?。?0.下列描述正確的是（）。A.流網(wǎng)中網(wǎng)格越密處，其水力梯度越小B.位于同一條等勢線上的兩點(diǎn)，其孔隙水壓力總是相同的C.同一流網(wǎng)中，任意兩相鄰等勢線間的勢能差相等D.滲透流速的方向?yàn)榱骶€的法線方向11.土體滲流研究的主要問題不包括（）。A.滲流量問題B.滲透變形問題C.滲流控制問題D.地基承載力問題12.某岸邊工程場地細(xì)砂水含層的流線上A、B兩點(diǎn)，A點(diǎn)的水位標(biāo)高2.5米，B點(diǎn)的水位標(biāo)高3.0米，兩點(diǎn)間流線長為10米，計算兩點(diǎn)間的平均滲透力最接近下列（）個值。(A)1.25kN/m3；(B)0.83kN/m3；(C)0.50kN/m3；(D)0.20kN/m3。13.四個壩基土樣的孔隙率和細(xì)粒含量（以質(zhì)量百分率計）如下，試按《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB50287-99）計算判別下列（）選項(xiàng)的土的滲透變形的破壞形式屬于管涌。(A)；(B)；(D)；。(C)四、判斷改錯題1.繪制流網(wǎng)時必須滿足的基本條件之一是流線和等勢線必須正交。2.達(dá)西定律中的滲透速度不是孔隙水的實(shí)際流速。3.土的孔隙比愈大，其滲透系數(shù)也愈大。4.在流網(wǎng)圖中，流線愈密集的地方，水力坡降愈小。5.發(fā)生流砂時，滲流力方向與重力方向相同。6.細(xì)粒土的滲透系數(shù)測定通常采用“常水頭”試驗(yàn)進(jìn)行。7.繪制流網(wǎng)時，每個網(wǎng)格的長寬比沒有要求。8.在流網(wǎng)中，任意兩相鄰流線間的滲流量相等。9.管涌發(fā)生在滲流溢出處，而流土發(fā)生的部位可以在滲流溢出處，也可以在土體內(nèi)部。五、計算題1.如圖3－1所示，在恒定的總水頭差之下水自下而上透過兩個土樣，從土樣1頂面溢出。（1）已土樣2底面c－c為基準(zhǔn)面，求該面的總水頭和靜水頭；（2）已知水流經(jīng)土樣2的水頭損失為總水頭差的30%，求b－b面的總水頭和靜水頭；（3）已知土樣2的滲透系數(shù)為0.05cm/s，求單位時間內(nèi)土樣橫截面單位面積的流量；（4）求土樣1的滲透系數(shù)。圖3－1（單位：cm）圖3－3（單位：cm）2.如圖3－2所示，在5.0m厚的黏土層下有一砂土層厚6.0m，其下為基巖（不透水）。為測定該沙土的滲透系數(shù)，打一鉆孔到基巖頂面并以10-2m3/s的速率從孔中抽水。在距抽水孔15m和30m處各打一觀測孔穿過黏土層進(jìn)入砂土層，測得孔內(nèi)穩(wěn)定水位分別在地面以下3.0m和2.5m，試求該砂土的滲透系數(shù)。圖3－2（單位：m）3.某滲透裝置如圖3-3所示。砂Ⅰ的滲透系數(shù)面積A=200，試問：；砂Ⅱ的滲透系數(shù)；砂樣斷(1)若在砂Ⅰ與砂Ⅱ分界面處安裝一測壓管，則測壓管中水面將升至右端水面以上多高？（2）砂Ⅰ與砂Ⅱ界面處的單位滲流量q多大？4.定水頭滲透試驗(yàn)中，已知滲透儀直徑，在滲流直徑上的水頭損失，在60s時間內(nèi)的滲水量，求土的滲透系數(shù)。5.設(shè)做變水頭滲透試驗(yàn)的粘土式樣的截面積為,厚度為滲透儀細(xì)玻璃管的內(nèi)徑為，實(shí)驗(yàn)開始時的水位差為，經(jīng)過觀察的水位差為，實(shí)驗(yàn)室的水溫為20℃，試求式樣的滲透系數(shù)。6.圖3-4為一板樁打入透土層后形成的流網(wǎng)。已知透水土層深，滲透系數(shù)板樁打入土層表面以下，板樁前后水深如圖3-4所示。試求：(1)圖中所示a、b、c、d、e各點(diǎn)的孔隙水壓力；(2)地基的單位透水量。圖3－4板樁墻下的滲流圖7.如圖3-5所示，在長為10cm，面積的圓筒內(nèi)裝滿砂土。經(jīng)測定，粉砂的，筒下端與管相連，管內(nèi)水位高出筒5cm(固定不變)，流水自下而上通過試樣后可溢流出去。試求(1)滲流力的大小，判斷是否會產(chǎn)生流砂現(xiàn)象；(2)臨界水利梯度值。圖3－5第3章參考答案一、簡答題1.【答】起始水力梯度產(chǎn)生的原因是，為了克服薄膜水的抗剪強(qiáng)度τ(或者說為了克服吸著水的粘滯阻力)，使之發(fā)生流坡度，薄膜水就會發(fā)生運(yùn)動，只是當(dāng)實(shí)際的水力坡度小于時，薄膜水的滲透速度V非小常，只有憑借精密儀器才能觀測到。因此嚴(yán)格的講，起始水力梯度I時用以克服其抗剪強(qiáng)度τ的水力梯度。動0所必須具有的臨界水力梯度度。也就是說，只要有水力起始水力梯度0是指薄膜水發(fā)生明顯滲流02.【答】（1）土的粒度成分及礦物成分。土的形狀及級配，影響土中孔隙大小及其形狀，因而影響土的滲透性。土顆粒越粗，越渾圓、越均勻時，滲透性就大。砂土中含有較多粉土及粘土顆粒時，其滲透系數(shù)就大大降低。（2）結(jié)合水膜厚度。粘性土中若土粒的結(jié)合水膜厚度較厚時，會阻塞土的孔隙，降低土的滲透性。（3）土的結(jié)構(gòu)構(gòu)造。天然土層通不常是各向同性的，在滲透性方面往往也是如此。如黃土具有豎直方向的大孔隙，所以豎直方向的滲透系數(shù)要比水平方向大得多。層狀粘土常夾有薄的粉砂層，它在水平方向的滲透系數(shù)要比豎直方向大得多。（4）水的粘滯度。水在土中的滲流粘滯度有關(guān)，從而也影響到土的滲透性。顆粒大小、速度與水的容重及3.【答】室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場試驗(yàn)滲透系數(shù)有較大差別，主要在于試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)條件等有關(guān)，即就是和滲透系數(shù)的影響因素有關(guān)，詳見上一題。4.【答】當(dāng)滲流場中水頭及流速等滲流要素不隨時間改變時，這種滲流稱為穩(wěn)定滲流，而拉普拉斯方程是指適用于平面穩(wěn)定滲流的基本方程。5.【答】在穩(wěn)定滲流場中，取一微單元體，并假定水體不可壓縮，則根據(jù)水流連續(xù)原理，單位時間內(nèi)流入和流出微元體的水量應(yīng)相等，即dq=dq。從而得到：e0即為二維滲流連續(xù)方程，從中由數(shù)學(xué)知識，可知流線和等勢線正交。6.【答】在向上的滲流力作用下，粒間有效應(yīng)力為零時，顆粒群發(fā)生懸浮、移動的現(xiàn)象稱為流砂(土)現(xiàn)象。這種現(xiàn)象多發(fā)生在顆粒級配均勻的飽和細(xì)、粉砂和粉土層中，一般具有突發(fā)性、對工程危害大。在水流滲透作用下，土中的細(xì)顆粒在粗顆粒形成的孔隙中移動，以至流失；隨著土的孔隙不斷擴(kuò)大，滲流速度不斷增加，較粗的顆粒也相繼被水逐漸帶走，最終導(dǎo)致土體內(nèi)形成貫通的滲流管道，造成土體塌陷，這種現(xiàn)象稱為管涌。它多發(fā)生在砂性土中，且顆粒大小差別大，往往缺少某種粒徑，其破壞有個時間發(fā)展過程，是一種漸進(jìn)性質(zhì)破壞。具體地再說，管涌和流砂的區(qū)別是：（1）流砂發(fā)生在水力梯度大于臨界水力梯度，而管涌發(fā)生在水力梯度小于臨界水力梯度情況下；（2）流砂發(fā)生的部位在滲流逸出處，而管涌發(fā)生的部位可在滲流逸出處，也可在土體內(nèi)部；（3）流砂發(fā)生在水流方向向上，而管涌沒有限制。7.【答】滲流引起的滲透破壞問題主要有兩大類：一是由于滲流力的作用，使土體顆粒流失或局部土體產(chǎn)生移動，導(dǎo)致土體變形甚至失穩(wěn)；二是由于滲流作用，使水壓力或浮力發(fā)生變化，導(dǎo)致土體和結(jié)構(gòu)物失穩(wěn)。前者主要表現(xiàn)為流砂和管涌，后者主要則表現(xiàn)為岸坡滑動或擋土墻等構(gòu)造物整體失穩(wěn)。二、填空題1.滲透性或透水性2.土的粒度成分及礦物成分、土的密實(shí)度、土的飽和度、土的結(jié)構(gòu)、土的構(gòu)造、水的溫度3.常水頭法、變水頭法4.流砂(土)、管涌5.層流、滲透系數(shù)三、選擇題1.D2.C3.D4.A5.D6.B7.A8.A9.D10.C11.D12.C13.D(注：按規(guī)范當(dāng)時發(fā)生管涌)四、判斷改錯題1.√2.√3.，對黏性土不成正比。4.，改“愈小”為“愈大”。5.，改“相同”為“相反”。6.，改“常水”頭為“降水頭”或7.，每個網(wǎng)格的長寬比必須為定值。8.√“變水頭”。9.，應(yīng)將管涌與流土對調(diào)。五、計算題1.解：如圖3-1，本題為定水頭實(shí)驗(yàn)，水自下而上流過兩個土樣，相關(guān)幾何參數(shù)列于圖中。（1）以c-c為基準(zhǔn)面，則有：z=0，h=90cm，h=90cmccwc（2）已知h=30%h，而h由圖2-16知，為30cm，所以bcacach=30%h=0.330=9cmbcac∴h=h-h=90-9=81cmbcbc又∵z=30cm，故h=h-z=81-30=51cmbwbbb（3）已知k=0.05cm/s，q/A=ki=kh/L=0.059/30=0.015cm3/s/cm2=0.015cm/s2222bc2（4）∵i=h/L=（h-h）/L=（30-9）/30=0.7，而且由連續(xù)性條件，q/A=ki=ki1ab1acbc11122∴k=ki/i=0.015/0.7=0.021cm/s12212.解：分析：如圖3-2，砂土為透水土層，厚6m，上覆粘土為不透水土層，厚5m，因?yàn)檎惩翆硬煌杆?，所以任意位置處的過水?dāng)嗝娴母叨染鶠樯巴翆拥暮穸?，?m。題目又給出了r=15m，r=3