岩土工程渗流00 岩土工程渗流 综述.pptx

1、1岩土工程渗流岩土工程渗流综述综述 土木工程土木工程系系授课教师：曹洪、骆冠勇授课教师：曹洪、骆冠勇2课程课程简介简介n“岩土工程渗流岩土工程渗流”的定位的定位n广义的渗流：流体在多孔介质中的运动广义的渗流：流体在多孔介质中的运动 按按流流体体分分类类：气气体体、液液体体（水水、油油、溶溶质质）、混混合合体体（水泥浆）（水泥浆）n狭义的狭义的渗流渗流：水在：水在多孔介质中的运动多孔介质中的运动 地下水渗流：饱和渗流地下水渗流：饱和渗流地下水主要由重力驱动地下水主要由重力驱动 非饱和渗流：重力、毛细力、分子吸引力等等非饱和渗流：重力、毛细力、分子吸引力等等n地下水渗流：主要研究狭义的渗流地下水渗

2、流：主要研究狭义的渗流n岩岩土土工工程程渗渗流流，是是岩岩土土工工程程中中地地下下水水渗渗流流理理论论研研究和应用。究和应用。3课程课程简介简介n渗流是许多基础学科不可缺少的组成部分。渗流是许多基础学科不可缺少的组成部分。水水力力学学、土土力力学学、岩岩石石力力学学、工工程程地地质质学学、水水文文地地质质学、环境学、环境学等，一般均有一部分讲述学等，一般均有一部分讲述n渗流也是许多应用学科的重要理论基础。渗流也是许多应用学科的重要理论基础。水水工工结结构构、农农田田水水利利、地地下下水水供供水水工工程程、矿矿业业工工程程、岩土工程和基础岩土工程和基础工程、环境工程工程、环境工程n随随着着相相关

3、关学学科科的的不不断断发发展展和和完完善善，实实验验方方法法的的逐逐渐渐改改进进，计计算算机机在在渗渗流流计计算算中中的的普普遍遍应应用用，渗渗流流逐逐步步形形成成具具有有自自己己的的理理论论、研研究究方方法法和和应应用用范范围围的独立学科。的独立学科。4工程渗流问题工程渗流问题(1)在水利工程中在水利工程中n闸坝渗漏问题；下游浸没；土坝中渗流作用引起的冲蚀闸坝渗漏问题；下游浸没；土坝中渗流作用引起的冲蚀和滑坡等破坏；渗透破坏和渗透变形导致垮坝和滑坡等破坏；渗透破坏和渗透变形导致垮坝(2)(2)在建筑工程中在建筑工程中n渗流引起的基坑边坡失稳、基坑支护结构的破坏及基坑渗流引起的基坑边坡失稳、基

4、坑支护结构的破坏及基坑涌水造成的淹没；涌水造成的淹没；n基坑降水引起的周围土体移动，引发的地面建筑和地下基坑降水引起的周围土体移动，引发的地面建筑和地下设施破坏；设施破坏；n地基处理中的排水固结地基处理中的排水固结n地下室抗浮问题地下室抗浮问题5工程渗流问题工程渗流问题(3)(3)在采矿工程中在采矿工程中n矿坑突水造成的矿井淹没、矿山排水设计。矿坑突水造成的矿井淹没、矿山排水设计。(4)在农业工程中在农业工程中n灌渠渗漏问题、因渗漏和灌溉渗入引起的土地湿化、盐碱灌渠渗漏问题、因渗漏和灌溉渗入引起的土地湿化、盐碱化、农田排水工程设计和盐碱地改良。化、农田排水工程设计和盐碱地改良。(5)(5)与渗

5、流有关的环境问题与渗流有关的环境问题n地震引起的沙土液化、水库蓄水诱发的地震地震引起的沙土液化、水库蓄水诱发的地震n大量抽取地下水或开采液体矿产引起的地面沉降。大量抽取地下水或开采液体矿产引起的地面沉降。6教材简介教材简介 地下水渗流力学地下水渗流力学王俊杰王俊杰 陈亮陈亮 梁越梁越 编著编著中国水利水电出版社中国水利水电出版社2013.5.作为一本主要参考书作为一本主要参考书希望不是唯一读本希望不是唯一读本 7主要参考书主要参考书 n毛毛昶昶熙熙主主编编，渗渗流流计计算算分分析析与与控控制制，水水利利电电力力出出版版社社，1990n吴吴吉吉春春，薛薛禹禹群群主主编编，地地下下水水动动力力学学

6、中中国国水水利利水水电电出出版社，版社，2009n苑苑莲莲菊菊，李李振振栓栓等等编编著著，工工程程渗渗流流力力学学及及应应用用，中中国国建材工业出版社，建材工业出版社，2001。n刘杰刘杰 土的渗透稳定与渗流控制土的渗透稳定与渗流控制 水利电力出版社水利电力出版社 1992n陈崇希，地下水动力学陈崇希，地下水动力学(第五版第五版)，地质出版社，地质出版社，2011n杨杨光光煦煦，砂砂砾砾地地基基防防渗渗工工程程，水水利利电电力力出出版版社社，1993。8主要参考书主要参考书 n张张在在明明著著，地地下下水水与与建建筑筑基基础础工工程程，中中国国建建筑筑工工业业出版社，出版社，2001。n吴吴林

7、林高高等等编编著著，工工程程降降水水设设计计施施工工与与基基坑坑渗渗流流理理论论，2003n钱钱家家欢欢，殷殷宗宗泽泽主主编编，土土工工原原理理与与计计算算（第第二二版版），中中国水利水电出版社，国水利水电出版社，1996。n邓邓英英尔尔，刘刘慈慈群群等等，高高等等渗渗流流理理论论与与方方法法，科科学学出出版社，版社，2004n朱朱学学愚愚，谢谢春春红红，地地下下水水运运移移模模型型，中中国国建建筑筑工工业业出版社，出版社，1990n刘光尧，陈建生，同位素示踪测井，刘光尧，陈建生，同位素示踪测井，1999教材简介教材简介章节内容章节内容 n第第1章章 水力学基础水力学基础n第第2章章 地下水渗

8、流力学基础地下水渗流力学基础n第第3章章 地下水渗流微分方程地下水渗流微分方程n第第4章章 河渠地下水渗流理论河渠地下水渗流理论n第第5章章 地下水井流理论地下水井流理论n第第6章章 地下水渗流的理论计算地下水渗流的理论计算n第第7章章 地下水渗流的测试地下水渗流的测试n第第8章章 地下水渗流的模拟与数值计算地下水渗流的模拟与数值计算n第第9章章 地下水渗流的反分析方法地下水渗流的反分析方法n第第10章章 地下水渗流与废弃物处置地下水渗流与废弃物处置简介，复习简介，复习重点介绍，部分复习重点介绍，部分复习可简化为一维问题可简化为一维问题的计算方法的计算方法五种常见特例的简五种常见特例的简化计算

9、方法（规范）化计算方法（规范）简要介绍简要介绍简要介绍简要介绍不详细介绍不详细介绍自己看看自己看看针对岩土工程补充内容针对岩土工程补充内容n渗透破坏的主要类型与判据渗透破坏的主要类型与判据n渗流控制的常用工程措施渗流控制的常用工程措施n地下结构物的水压力计算地下结构物的水压力计算n基坑开挖过程的渗流控制方法基坑开挖过程的渗流控制方法n排水固结处理地基中的渗流计算排水固结处理地基中的渗流计算n边坡稳定分析中的渗流计算边坡稳定分析中的渗流计算10会提前给参考资料会提前给参考资料11教学目标教学目标 n掌握掌握渗流力学的基本概念渗流力学的基本概念n学习学习渗流问题的主要分析计算方法渗流问题的主要分析

10、计算方法n了解了解工程应用中解决渗流问题的主要措施、方法工程应用中解决渗流问题的主要措施、方法n了解了解渗流研究中存在的问题，目前的研究进展渗流研究中存在的问题，目前的研究进展 12综述综述n一、渗流力学概况一、渗流力学概况n二、渗流力学的发展进步二、渗流力学的发展进步n三、渗流问题研究的关键三、渗流问题研究的关键 13渗流力学研究的应用对象渗流力学研究的应用对象水坝：水坝：n坝基渗漏（岩基、砂层）坝基渗漏（岩基、砂层）n扬压力扬压力n土坝坝体渗流土坝坝体渗流n绕坝头渗流绕坝头渗流n漏水通道漏水通道n水位骤降。水位骤降。渗流力学概况渗流力学概况14绕坝头渗流绕坝头渗流渗流力学概况渗流力学概况1

11、5英德空子水库渗流力学概况渗流力学概况16渗流力学概况渗流力学概况17渗流力学概况渗流力学概况18渗流力学概况渗流力学概况19渗流力学概况渗流力学概况20渗流力学概况渗流力学概况21渗流力学概况渗流力学概况22渗流力学概况渗流力学概况23渗流力学概况渗流力学概况24土坝坝体渗流、坝基渗漏、漏水通道、水位骤降土坝坝体渗流、坝基渗漏、漏水通道、水位骤降渗流力学概况渗流力学概况25渗流力学研究的应用对象渗流力学研究的应用对象堤防：堤防：n堤身透水堤身透水n堤基渗漏及堤后覆盖层薄堤基渗漏及堤后覆盖层薄n水位骤降滑坡水位骤降滑坡 渗流力学概况渗流力学概况26堤基渗漏及堤后覆盖层薄堤基渗漏及堤后覆盖层薄渗

12、流力学概况渗流力学概况27渗流力学概况渗流力学概况28渗流力学概况渗流力学概况29渗流力学研究的应用对象渗流力学研究的应用对象水闸：水闸：n闸基渗流闸基渗流n接触渗流破坏接触渗流破坏 渗流力学概况渗流力学概况30渗流力学概况渗流力学概况31渗流力学概况渗流力学概况32渗流力学概况渗流力学概况33渗流力学研究的应用对象渗流力学研究的应用对象基坑：基坑：n支护的受力支护的受力n底拱、基坑内降水底拱、基坑内降水n周围降水周围降水 渗流力学概况渗流力学概况34渗流力学概况渗流力学概况35渗流力学概况渗流力学概况36渗流力学概况渗流力学概况37渗流力学研究的应用对象渗流力学研究的应用对象地下结构：地下结

13、构：n水压力水压力n浮力浮力n岩石渗流岩石渗流 渗流力学概况渗流力学概况38渗流力学概况渗流力学概况39渗流力学概况渗流力学概况40渗流力学研究的应用对象渗流力学研究的应用对象土质边坡：土质边坡：n降降雨雨或或水水管管引引起起的的边边坡坡破坏破坏 渗流力学概况渗流力学概况41渗流力学研究的应用对象渗流力学研究的应用对象水资源与环境：水资源与环境：n抽水问题抽水问题n污水运动污水运动n地面沉降地面沉降n城市地下开发引起的地下水变化城市地下开发引起的地下水变化n水库浸没水库浸没 渗流力学概况渗流力学概况42初始渗流场的模拟初始渗流场的模拟n模型边界：西、南边至珠江江心，东边至车陂涌中模型边界：西、

14、南边至珠江江心，东边至车陂涌中心，北边至山地分水岭，均为不透水边界。心，北边至山地分水岭，均为不透水边界。渗流力学概况渗流力学概况43与初始渗流场比较（局部）与初始渗流场比较（局部）现有结构物的影响现有结构物的影响现有结构物的影响现有结构物的影响渗流力学概况渗流力学概况44渗流力学概况渗流力学概况45渗流力学研究的应用对象渗流力学研究的应用对象软土固结：软土固结：n砂砂井井、塑塑料料排排水板水板n真空预压真空预压渗流力学概况渗流力学概况46渗流力学概况渗流力学概况47渗流力学研究的应用对象渗流力学研究的应用对象矿山：矿山：n涌水问题涌水问题n抽水沉降抽水沉降其他：其他：n采油理论采油理论n灌浆

15、理论灌浆理论 渗流力学概况渗流力学概况48渗流研究的特点渗流研究的特点 n对象：广义对象：广义流体在地下流动；流体在地下流动；狭义狭义水在多孔介质中的运动。水在多孔介质中的运动。n复杂性：研究大尺度问题；复杂性：研究大尺度问题；n介质非均匀性：各向异性，渗透系数量级介质非均匀性：各向异性，渗透系数量级变化。变化。49渗流研究的内容：渗流研究的内容：na、多孔介质及边界对水的作用多孔介质及边界对水的作用 （渗流场的水头、流量分布）nb、水对多孔介质的作用水对多孔介质的作用 （渗流体积力，介质的抗渗能力）nc、水对结构物的作用水对结构物的作用 （对边界约束的反作用力）nd、水与多孔介质的作用偶合水

16、与多孔介质的作用偶合 （固结）50二、渗流力学的发展进步二、渗流力学的发展进步na：渗流理论及分析计算方法发展渗流理论及分析计算方法发展nb：我国防渗工程处理方法发展我国防渗工程处理方法发展nc:我们正在进行的工作我们正在进行的工作51渗流理论及分析计算方法发展渗流理论及分析计算方法发展n1852年H.Darcy定律：n1863年Dupuit假设；缓变流。完整井公式；n1925年 Terzaghi（太沙基）提出有效应力概念和一维固结理论；n1932年 Muskat 稳定承压不完整井公式n1941年 Biot（比奥）提出比奥固结理论n1950年 Jacb.Bear 推出渗流连续性方程52渗流理论

17、及分析计算方法发展渗流理论及分析计算方法发展n早期：简单解析解，流网、电模拟n50年代后，由数学发展，导致较多解析解，近似解。n80年代，数值方法发展起来；n80年代，各种地球物理方法应用于渗漏探测和找水；n90年代，非饱和渗流理论发展。53我国防渗工程处理方法发展我国防渗工程处理方法发展n50年代从国外引进了乌卡斯工法施工混凝土连续墙n80年代后:n从德国引进了液压抓斗、液压洗槽机等施工混凝土连续墙n振动沉模防渗板墙技术n劈裂帷幕灌浆技术n高压喷射灌浆防渗技术n土工膜防渗技术n级配料灌浆技术54我们正在进行的工作我们正在进行的工作n北江大堤渗流分析n潮州供水枢纽工程水库浸没问题研究 n南沙真空预压地基处理n城市地下空间开发活动的环境影响研究n强渗流条件下的深基坑支护设计技术研究 n地下室抗浮问题55三、渗流问题研究的关键三、渗流问题研究的关键1、力学概念判断、力学概念判断2、地质、水文条件研究，参数确定、地质、水文条件研究，参数确定3、分分析析计计算算：解解析析分分析析方方法法、数数值值方方法或物理模拟；工程类比法或物理模拟；工程类比4、探测与监测及分析、探测与监测及分析5、工程处理、工程处理