第3章 土的渗透性及渗流 (答案在最底端）
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。 （1）土的粒度成分及矿物成分。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. 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。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A。
>
B。
=
与垂直方向的等效渗透系数 C.
〈
的关系是（ ).
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。（ )
①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； ②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； ④渗流力的大小不仅取决于水力梯度,还与其方向有关。
A。①对 B。②对 C.③和④对 D.全不对 ③土中任一点渗流力的大小取决于该点孔隙水总水头的大小； 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。25kN/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） （C）
； （B） ; (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3－1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c－c 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 b－b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3－1 （单位：cm） 图3－3 (单位：cm）
2。如图3－2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
—23
系数，打一钻孔到基岩顶面并以10m/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3－2 （单位:m）
3。 某渗透装置如图3-3所示.砂Ⅰ的渗透系数积A=200
,试问：
;砂Ⅱ的渗透系数
;砂样断面
（1）若在砂Ⅰ与砂Ⅱ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Ⅰ与砂Ⅱ界面处的单位渗流量q多大？ 4。 定水头渗透试验中,已知渗透仪直径时间内的渗水量
，求土的渗透系数。
，厚度为
渗透仪细玻璃管的内径为
，实验开始
，在
渗流直径上的水头损失
，在60s
5.设做变水头渗透试验的粘土式样的截面积为时的水位差为
，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。
，渗透系数
板桩打入土
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3－4 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3－5
第3章 参 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τ0(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τ0的水力梯度。 2. 【答】
(1）土的粒度成分及矿物成分。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。 7。 【答】
渗流引起的渗透破坏问题主要有两大类：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：zc=0，hwc=90cm，hc=90cm
(2）已知hbc=30%hac，而hac由图2—16知，为30cm，所以 hbc=30%hac=0.330=9cm ∴ hb=hc-hbc=90—9=81cm
又∵ zb=30cm，故hwb=hb— zb=81—30=51cm
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（3)已知k2=0。05cm/s，q/A=k2i2= k2hbc/L2=0.059/30=0。015cm/s/cm=0。015cm/s
（4)∵ i1=hab/L1=（hac—hbc）/L1=（30—9）/30=0。7，而且由连续性条件，q/A=k1i1=k2i2
∴ k1=k2i2/i1=0.015/0。7=0。021cm/s 2。 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，r2=30m，h1=8m，h2=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Ⅰ和砂样Ⅱ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：
4。 解：
5. 解:
因为试验时的温度为标准温度，故不作温度修正。
6。 解：（1）a、e点位于水面,故
b、d位于土层表面,其孔隙压力分别为：
C点位于板桩底部，该点的水头损失为：
该点的孔压为：
（2）地基的单位渗水量：
7。 解:（1)
（2)
因为,所以不会发生流砂.
