第七章滲透變形工程地質(zhì)研究課件

概述滲透變形產(chǎn)生的條件滲透變形的預(yù)測滲透變形的防治提要概述提要1第一節(jié)概述

一、概念

滲透壓力:滲透水流作用于巖土上的力，也稱滲透力。滲透變形：巖土體在地下水滲透力（動水壓力）的作用下，部分顆?；蛘w發(fā)生移動，引起巖土體的變形和破壞的作用和現(xiàn)象。表現(xiàn)為鼓脹、浮動、斷裂、泉眼、沙浮、土體翻動等。第一節(jié)概述一、概念2第七章滲透變形工程地質(zhì)研究課件3第七章滲透變形工程地質(zhì)研究課件4

二、研究意義邊坡工程滲透變形二、研究意義邊坡工程滲透變形5基坑工程滲透變形基坑工程滲透變形6水庫工程滲透變形水庫工程滲透變形7第七章滲透變形工程地質(zhì)研究課件81975年8月，特大暴雨引發(fā)的淮河上游大洪水，使河南省駐馬店地區(qū)包括兩座大型水庫在內(nèi)的數(shù)十座水庫漫頂垮壩，1100萬畝農(nóng)田受到毀滅性的災(zāi)害，1100萬人受災(zāi)，超過2.6萬人死亡，縱貫中國南北的京廣線被沖毀102公里，中斷行車18天，影響運輸48天，經(jīng)濟(jì)損失近百億元。1975年8月，特大暴雨引發(fā)的淮河上游大洪水，使河南省駐馬店9駐馬店地區(qū)的水庫建設(shè)蜂擁而上：1957—1969年代，新建水庫200多座，由于片面重視蓄水，忽視防洪，導(dǎo)致隱患四伏。板橋水庫和石漫灘水庫興建于1950年代。駐馬店地區(qū)的水庫建設(shè)蜂擁而上：1957—1969年代，新建水10潰壩事故潰壩事故11工程滲透變形工程滲透變形12堤岸

1998年長江洪水險情以滲流險情最為普遍，沿長江6000余處險情中就有400余處屬滲流險情。其中管涌被視為險中之險。一般來說，長江中下游平原沖積地層，上面是粘性土；往下是粉砂、細(xì)砂等，砂層間也有粘性土夾層的，再往下則是砂礫及卵石等強(qiáng)透水層，在河床中露頭與河水相通。在汛期高水位時由于滲水流經(jīng)強(qiáng)透水層壓力損失很小，堤內(nèi)數(shù)百米范圍內(nèi)粘土層下面仍承受很大的水壓力，如果這股水壓力，沖破了粘土層，下面的粉砂、細(xì)砂就會隨水流出（在沒有反濾層保護(hù)的情況下），從而發(fā)生管涌。堤岸1998年長江洪水險情以滲流險情最為普13

2003年7月1日凌晨4時，正在施工中的上海軌道交通4號線（浦東南路至南浦大橋）區(qū)間隧道浦西聯(lián)絡(luò)通道發(fā)生滲水，隨后大量流沙涌入，引起地面大幅沉降。上午9時左右，地面建筑物中山南路847號一幢八層樓房發(fā)生傾斜，其裙房部分倒塌。由于報警及時，所有人員提前撤出，無人員傷亡。

2003年7月1日凌晨4時，正在施工中的上海軌道14三、滲透變形的類型1.管涌：在滲流作用下，細(xì)顆粒沿土體骨架中的孔道發(fā)生移動帶走的現(xiàn)象，又稱潛蝕。多發(fā)生在不均勻的卵礫類土和砂類土中。根據(jù)滲透方向與重力方向的關(guān)系：垂直管涌水平管涌2.流土：在滲透作用下，土體中的顆粒群或團(tuán)塊同時發(fā)生移動的現(xiàn)象。常發(fā)生于均質(zhì)砂土層和亞砂土層中。三、滲透變形的類型1.管涌：在滲流作用下，細(xì)顆粒沿土體骨架中15第二節(jié)滲透變形產(chǎn)生的條件一、滲流的動水壓力及臨界水力梯度流入：pA=h1

wgdw

流出：pB=h2

wgdw

滲透壓力：dP=pA-pB=dw

w·dh·g第二節(jié)滲透變形產(chǎn)生的條件一、滲流的動水壓力及臨界水力16土體水下重量dQ=dW-dF=(

sat-

)·g·dl·dw=’·g·dl·dw動水壓力（D）：單位體積土層所受的滲透壓力浮容重土體水下重量dQ=dW-dF=(sat-)·17當(dāng)dP=dQ時，單元體處于臨界懸浮狀態(tài)，即將發(fā)生流土。此時滲流的水力梯度為臨界水力梯度Icr——土的抗?jié)B強(qiáng)度。則有：dw

·dh·g=’·g·dl·dwdh/dl=’/

Icr=dh/dl=’/

Icr=’=(s-1)(1-n)太沙基公式土粒越密實，n越小，Icr

越大，土體越不容易發(fā)生滲透變形。當(dāng)dP=dQ時，單元體處于臨界懸浮狀態(tài)，即將發(fā)生流土。Icr18但太沙基公式未考慮土體本身的抗剪強(qiáng)度，所以實測的各種土的臨界梯度往往較上述公式計算結(jié)果偏大。所以有必要進(jìn)行修正。管涌的Icr的求取較為復(fù)雜，一般通過圖表法或試驗測定。但太沙基公式未考慮土體本身的抗剪強(qiáng)度，所以19二、土體性質(zhì)與滲透變形類型土體結(jié)構(gòu)包括了土中粗細(xì)顆粒直徑比例、細(xì)粒物質(zhì)含量、土的級配等。1.粗細(xì)顆粒直徑比例細(xì)粒從空隙中流動最優(yōu)比例：d0/d≥8天然無粘性土n=0.395D/d0=2.5因此D/d>=20有利于管涌d0：孔隙直徑d：細(xì)顆粒直徑D：粗顆粒直徑土體的排列方式?jīng)Q定著D/d0

的值：

當(dāng)排列疏松時，D/d0

減小，D/d減小，有利于滲透變形

當(dāng)排列密實時，D/d0

增大，D/d增大，不利于滲透變形

二、土體性質(zhì)與滲透變形類型1.粗細(xì)顆粒直徑比例d0：孔隙直202.細(xì)顆粒的含量用細(xì)顆粒含量來判別雙峰型礫土的滲透變形型式：>35%流土<25%管涌=25%～35%流土或管涌，取決于礫土的密實度及細(xì)顆粒的組成

中等以上密實度、不均勻系數(shù)較小的細(xì)粒土，發(fā)生流土。細(xì)顆粒成分中粘粒含量增加，可增大土的凝聚力，土的抗?jié)B強(qiáng)度增加，不易發(fā)生滲透變形。

2.細(xì)顆粒的含量用細(xì)顆粒含量來判別雙峰型礫土213.土的級配特征：不均勻系數(shù)Cu=d60/d10Cu<10流土Cu>20管涌Cu＝10～20流土或管涌3.土的級配特征：Cu<10流土22三、地層組合關(guān)系單一型：多位于河流的上游，一般為砂卵（礫）石層，一般發(fā)生管涌，隨著細(xì)粒成分的增多，可能流土。雙層型：主要考慮表層粘性土的性質(zhì)、厚度、完整程度。多層型：除考慮表層粘性土層外，還考慮砂層透鏡體或粘性土層透鏡體或相變等造成水力梯度的突變等原因。三、地層組合關(guān)系單一型：多位于河流的上游，一般為砂卵（礫）23四、地形地貌條件溝谷切割等改變了滲流的補給、滲流的長度、出口條件等。五、工程因素施工等破壞了表層具有防滲作用的弱透水層。四、地形地貌條件五、工程因素24第三節(jié)滲透變形的預(yù)測一、預(yù)測步驟1.根據(jù)土體類型和性質(zhì)，判定是否容易發(fā)生滲透變形及變形的類型；2.確定土體中各點的實際水力梯度；3.確定相對于該土體的臨界水力梯度和允許水力梯度；4.判定滲透變形的可能性及其范圍。第三節(jié)滲透變形的預(yù)測一、預(yù)測步驟25第三節(jié)滲透變形的預(yù)測二、滲透變形類型的確定1.粗細(xì)顆粒比例2.細(xì)粒物質(zhì)含量3.土的級配第三節(jié)滲透變形的預(yù)測二、滲透變形類型的確定26累計曲線：Ⅰ為瀑布式管涌Ⅱ為直線式不產(chǎn)生管涌，在高梯度下產(chǎn)生流土Ⅲ為階梯式多為管涌，有時為流土累計曲線：27分布曲線：呈陡峭單峰砂土一般不產(chǎn)生管涌，在高梯度下產(chǎn)生流土雙峰或多峰且缺乏中間粒徑者危險性管涌土分布曲線：28三、實際水力梯度的確定

常用方法有：水力學(xué)方法：計算及圖解——數(shù)值計算法——三、實際水力梯度的確定29理論計算法：壩后滲流溢出段的平均水力梯度（逸出梯度）：理論計算法：壩后滲流溢出段的30四、臨界水力梯度與允許水力梯度的確定圖表法：四、臨界水力梯度與允許水力梯度的確定圖表法：31試驗法：試驗法：32第七章滲透變形工程地質(zhì)研究課件33允許水力梯度：

m—與地質(zhì)條件和工程重要性有關(guān)：

砂土：m＝1.5～3.0粘性土：m＝2.5～4.0m五、滲透變形可能性判定I實>I允發(fā)生滲透變形I實<I允不發(fā)生滲透變形允許水力梯度：m—與地質(zhì)條件和工程重要性有關(guān)：五、滲透變34示例分析

某土壩地基土的比重Gs=2.68，孔隙比e=0.82，下游滲流出口處經(jīng)計算水力坡降I實為0.2，若取m為2.5，試問該土壩地基出口處土體是否會發(fā)生流土破壞

解答如下：臨界水力坡降由于實際水力坡降I實＝0.2＜[i]，故土壩地基出口處土體不會發(fā)生流土破壞允許水力坡降I允示例分析某土壩地基土的比重Gs=2.68，孔隙比e=35第四節(jié)滲透變形的防治一、防治原則1.改變滲流的水動力條件，減少動水壓力即降低水力梯度。2.改變土體結(jié)構(gòu)，提高抗?jié)B能力。第四節(jié)滲透變形的防治一、防治原則36二、防治措施（一）垂直截滲（二）水平鋪蓋（三）排水減壓（四）反濾蓋重二、防治措施37（一）垂直截滲心墻壩斜墻壩粘土截水槽示意圖（一）垂直截滲心墻壩斜墻壩粘土截水槽示意圖38（二）水平鋪蓋（二）水平鋪蓋39（三）排水減壓在壩后的壩腳附近設(shè)置排水溝和減壓井，它們的作用是吸收滲流和減小溢出段的實際水力梯度。

減壓井網(wǎng)狀排水褥墊排水貼坡排水棱體排水（三）排水減壓減壓井網(wǎng)狀排水褥墊排水貼坡排水棱體排水40（四）背水側(cè)壓滲蓋重

當(dāng)沒有必要采用封閉式垂直防滲幕墻或其造價太高時，可以采用背水側(cè)壓滲蓋重的方法，來防止堤基滲流對表土層的滲透破壞。如果所需蓋竽太長，應(yīng)考慮與減壓溝井聯(lián)合使用的方法。其他的背水側(cè)滲流控制措施，對堤身高度較大的情況，可以設(shè)置兩層壓滲蓋重平臺。這種方法在堤防工程中廣為應(yīng)用，效果明顯。

壓滲蓋重的形式很多，可以由不透水的變換到完全自由排水的。其形式的選擇，取決于材料的料源及每種形式