雙層地基滲透破壞模型試驗研究

雙層地基滲透破壞模型試驗研究

1堤基模型規(guī)劃1998年長江洪水時，大壩上出現(xiàn)了許多危險因素，其中366個安全因素出現(xiàn)在大壩上，一些大壩坍塌。時至今日,大堤險情的分析多是現(xiàn)象描述,很少論及其發(fā)生的機理。文獻曾對181個大壩險情進行分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn)距堤腳50m范圍內(nèi)出現(xiàn)險情的概率為50%,100m內(nèi)為70%,但其原因何在,不允許出現(xiàn)險情的范圍有多大,并無答案。因此在指導(dǎo)大堤搶險與加固方面至今仍缺乏科學(xué)的論據(jù)?，F(xiàn)有地勘資料統(tǒng)計結(jié)果表明,長江中下游及珠江的北江大堤80%以上的堤基是雙層和三層結(jié)構(gòu)。典型的雙層地基,其上層土多為滲透系數(shù)10-4～10-5cm/s數(shù)量級的弱透水層,而下部多為10-1～10-2cm/s數(shù)量級的強透水層,兩層土滲透系數(shù)的比值多數(shù)大于100,長江荊江大堤中閔家潭大堤就屬這類典型的雙層地基。滲流場的理論分析及實際觀測結(jié)果表明,當(dāng)兩層土滲透系數(shù)之比大于100時,滲流場中水頭分布的特點是,江水上漲后堤腳附近的弱透水層將承擔(dān)60%以上的水頭,比值越大承壓水頭越大,土層較薄時最容易達到破壞水力比降,而流土破壞。分析統(tǒng)計結(jié)果,堤基的滲透破壞多數(shù)出現(xiàn)在這類堤基。隨著兩土層滲透系數(shù)比值的逐漸減小,滲透破壞特征趨向于均勻堤基。本文模型規(guī)劃是建立在雙層地基滲流場滲流特性分析的基礎(chǔ)上,緊緊圍繞雙層地基中形成承受水頭的因子,將其分為k2/k1>100、50和<20共3種情況,以體現(xiàn)不同的承壓狀態(tài),并能反映不同的地質(zhì)結(jié)構(gòu)。土料方面根據(jù)土的滲透穩(wěn)定特性選用黏土、砂土及砂礫石3種類型,以分析堤基的滲透破壞機理與下層承壓水頭大小以及土層滲透變形特性之間的關(guān)系。最后將復(fù)雜的雙層地基按土的組成細(xì)分為砂土與兩種砂礫石互層以及黏土與砂及砂礫石互層兩類4種情況,分別進行模型試驗。從滲流場的特性而言,這4種模型基本上涵蓋了自然界中雙層地基的各種地質(zhì)結(jié)構(gòu)。2模型試驗技術(shù)和設(shè)備2.1研究對象及問題的確定決定模型試驗的主要因素是模型規(guī)劃,其中關(guān)鍵問題是地層的分解和土料選擇。雙層地基同樣地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,研究工作者的首要任務(wù)是如何將其分解為幾種典型地層結(jié)構(gòu),并分別描述其滲透破壞的發(fā)生和發(fā)展過程,最終解讀雙層地基的滲透破壞機理。根據(jù)什么原則分解雙層地基,是當(dāng)前需要探討的問題,本文根據(jù)當(dāng)前對雙層地基滲流場特性及土的滲透穩(wěn)定理論的研究水平,按下層形成承壓水頭大小的因子,以滲透系數(shù)為準(zhǔn)則,將其分解為k2/k1>100、50和<20共3種類型。在土料的選擇方面,目前砂礫石層取原級配土樣的難度較大,所有的地質(zhì)資料中地層結(jié)構(gòu)均沒有土的顆粒組成方面的資料,多數(shù)只給出了土名,少數(shù)給出了土的滲透系數(shù)。決定地基滲透穩(wěn)定性的兩大因素是水力比降和土體的滲透穩(wěn)定性質(zhì)。如果不考慮地基土的滲透穩(wěn)定特性,雙層地基的研究將是空中樓閣。決定無黏性土滲透穩(wěn)定性的首要因素又是顆粒組成,由于沒有土的顆粒組成資料,給模型試驗中土料選擇和模型規(guī)劃帶來很大難度,致使以往的許多模型試驗及雙層地基的滲透變形研究均未考慮土體本身的滲透破壞特性,即使是強透水層也選用中、粗砂,上部弱透水層選用不透水蓋板上穿孔的模擬方法,其結(jié)果實際上是研究均勻砂層與蓋板之間的接觸滲透穩(wěn)定問題。土的滲透穩(wěn)定理論表明,對于不均勻系數(shù)大于5的砂礫卵石土,如果滲透系數(shù)大于2×10-2cm/s,它一定是管涌型土。顆粒組成的特點是其中小于2mm的細(xì)粒含量一定小于25%,這一理論為我們選擇土料的顆粒組成提供了依據(jù)。管涌型土的滲透破壞水力比降遠小于流土破壞的中粗砂,對滲透系數(shù)大于2×10-2cm/s的強透水層本文選用細(xì)料含量小于25%的砂礫石料。下層為管涌型土的地基,滲透破壞的發(fā)生和發(fā)展過程與流土型的砂土地基有何區(qū)別,最終控制滲透穩(wěn)定的地層是上層還是下層,控制整個堤基滲透穩(wěn)定的水力比降應(yīng)如何確定,堤內(nèi)不允許滲透破壞的范圍多大等,至今很少看到專門的模型試驗資料,因此本文的模型試驗主要研究以下3個問題:(1)上下土層滲透系數(shù)之比大于100時,下層選用滲透系數(shù)大于2×10-2cm/s的管涌型土,這類堤基滲透破壞的發(fā)生、發(fā)展過程以及滲流控制的主要地層和水力比降;(2)上下土層二者滲透系數(shù)之比分別小于50和20時地基滲透破壞特征及最終控制滲透破壞的地層和水力比降;(3)上層曾經(jīng)發(fā)生過滲透變形而未破壞的雙層地基,江水位再次升高后堤基滲透破壞的特征,以此達到全面揭示雙層地基滲透破壞機理的目的。2.2試驗設(shè)備和試驗配置(1)雙向地基模擬試驗采用砂槽模型,總長5.80m,寬0.65m,高0.80m,進口穩(wěn)壓室長0.65m,完全可以模擬半無限長的雙層地基。模型槽一側(cè)為有機玻璃,可以直接觀察地基的滲透破壞特征,另一側(cè)裝有測壓管,以量度地基不同部位的水頭值。水壓力是用移動式水箱逐級施加的,以模擬江水位的逐步上升過程。(2)堤底寬度及上層厚度以模型滲流場必須與原型相似的原則確定模型尺寸。原型大堤高度8.0m,上、下游邊坡比為1∶3和1∶2.5,堤頂寬度6.0m,則堤底寬度為50m。若取模型比例為1∶40,則堤底在模型中的寬度為125cm。按照水力條件,雙層地基中上層易出險情的厚度應(yīng)當(dāng)是小于堤的高度,否則上層不易出現(xiàn)破壞水力比降,按此原則模擬上層土的厚度以保證模型滲透破壞時模擬的水頭條件與實際情況相類似。模型上游為垂直斷面,以模擬河床深泓下切的不利情況。圖1為砂槽試驗?zāi)Ｐ褪疽鈭D。(3)砂石細(xì)料/砂石的篩選試驗土料必須保證選用原級配土。按文獻提供的地層土性結(jié)構(gòu),堤基共選用5種土料。其中3種是強透水的砂礫料,滲透系數(shù)為10-1cm/s的數(shù)量級。根據(jù)土的滲透穩(wěn)定性質(zhì)及江河中下游沉積的砂礫石料常見的顆粒組成特點,選用缺乏中間粒徑1～5mm的砂礫石,以2mm的粒徑將其分為粗料和細(xì)料,其中細(xì)料含量分別為25%、20%和17%,試驗結(jié)果都為管涌型土,易于滲透破壞。第二種為中砂,第三種土為低液限黏土。試驗土料的基本性質(zhì)列于表1及表2,顆粒組成曲線繪于圖2。(4)試驗組合及結(jié)果模型布置遵守兩條原則,①土料一定是原級配土;②滲流場中的水頭分布一定要反映雙層地基的特點,即模型下層必須出現(xiàn)一定的承壓滲流。對江河大堤已有地質(zhì)資料分析結(jié)果,最后將雙層地基細(xì)分為兩類4種情況,試驗組合列于表3。試驗結(jié)果列于表4。2.3地基土壤條件及試驗水頭的設(shè)置(1)一般情況下,不飽和的堤身在短期內(nèi)不會出現(xiàn)滲流,因而假定大堤是不透水的,用剛性蓋板來代替。為防止試驗過程中因地基的微量下沉引起蓋板與砂基之間呈不良接觸,引起蓋板與砂基的接觸沖刷,經(jīng)過反復(fù)試驗,最后確定每次試驗時在蓋板下先填一層約8cm厚的高含水率高塑性密實紅黏土,試驗過程中地基若有微量下沉,紅黏土自行膨脹,保證與地基仍呈緊密接觸。地基土料按級配要求專門配成,分層仔細(xì)填筑。填筑到要求高度后填上紅黏土,夯實后壓上剛性蓋板并緊固于模型槽壁。(2)試驗水頭是分級逐級施加的,以利于測定臨界水力比降。每級水頭都要測讀3次測壓管水位及滲流量,穩(wěn)定水位至少30min,若30min內(nèi)測壓管水位及滲流量呈變化趨勢,延長觀測時間,直到各項指標(biāo)穩(wěn)定后再升高水頭。水頭的升高值按等比級數(shù)逐級增大,出現(xiàn)異?，F(xiàn)象后適當(dāng)減小升高幅度。2.4試驗結(jié)果分析(1)考慮雙層地基滲流場的主要特點是兩層土滲透系數(shù)之比大于20,下層處于明顯的承壓狀態(tài),滲流方向主要呈水平向,只有到堤腳后一部分滲流才接近垂直向從堤腳上部砂層中逸出,因而在水力比降的計算分析時下層強透水層采用水平向的平均水力比降,上層水力比降采用垂直向的平均水力比降的近似方法,對試驗資料的整理與分析結(jié)果不會有較大誤差。(2)從4個方面分析試驗結(jié)果:①測壓管水位與滲流量;②試驗過程中目測的各種現(xiàn)象;③試驗后模型開挖的結(jié)果,包括管涌通道的位置、大小描述及土層顆粒組成取樣試驗結(jié)果;④分析資料時采用布萊使用的平均水力比降的概念分層整理各層的水力比降,因為布萊概念現(xiàn)為工程普遍所采用。3砂層滲流土破壞試驗結(jié)果分析試驗編號為Ⅱ—1,上層為中砂,下層砂礫石層料2為管涌型土,兩層滲透系數(shù)之比值為179。試驗觀測結(jié)果表明,滲流場中的水頭分布與江河大堤實際觀測結(jié)果相一致。當(dāng)江水位上漲后整個砂礫石層處于承壓狀態(tài),水頭損失很小,到堤內(nèi)腳只損失16%,上部砂層承受了84%的水頭。(1)滲透破壞過程。當(dāng)?shù)棠_處砂層承受的垂直水力比降為0.8時,砂層局部地方開始有渾水逸出,并冒氣泡,出現(xiàn)滲透變形,15min后滲水變清,滲流穩(wěn)定。繼續(xù)升高水頭,距堤腳48m(模型是1.2m)薄弱處砂層流土破壞,穿孔直達砂礫石層,此時砂礫石層中的水平水力比降由0.021猛增至0.056,并開始管涌破壞,細(xì)顆粒由砂層的破壞處大量的不斷流出地表,10min后,又在模型右側(cè)距堤腳22m(模型尺寸是55cm)處砂層第二次流土破壞。隨后稍微增加水頭,砂礫石層承受的水力比降呈直線上升,并達0.078,管涌破壞加劇,同時,砂層的滲透破壞進一步向堤內(nèi)腳發(fā)展。不久,在緊靠堤腳的左端砂層又有兩處穿孔,翻水鼓砂。從此,遠離堤腳22m處的管涌洞鼓水冒砂現(xiàn)象減輕,48m處的冒砂孔接近消失。以后水頭不再增加,但砂層不斷破壞,承受水頭的能力繼續(xù)下降,而砂礫石層中的水力比降卻自行增加到J=0.09,如圖3所示。砂礫石層中的細(xì)顆粒不斷由堤腳的管涌洞帶出,滲流量加大,砂層破壞進一步向堤外發(fā)展,并開始與堤身脫空。圖4是堤基破壞圖。(2)土層滲透破壞情況。試驗結(jié)束后清除上部砂層,看到砂礫石層表面有一粗顆粒帶,細(xì)粒全部流失,礫石外露,深約5～6cm。取3個樣品,第一個在第三次管涌帶的大堤堤腳處,第二個在距堤腳外30cm處,原型12m處,第三個在堤腳出口砂礫石層無明顯沖刷地帶,取樣深度為土料最大顆粒粒徑10cm。顆粒分析結(jié)果表明,第三個樣品與原樣顆粒組成基本一致,第二個樣品的細(xì)粒平均流失8%,第一個樣品的細(xì)粒平均流失5%,換算為5cm的實際高度,分別為16%和10%,表明砂礫石的破壞是由砂層第一次破壞處開始,然后向堤腳不斷發(fā)展。試驗前后的顆粒組成曲線見圖5。(3)試驗結(jié)果。模型試驗再現(xiàn)了兩層滲透系數(shù)之比大于100的雙層地基的滲透破壞特征,試驗結(jié)果表明:①這類地基的滲透破壞容易出現(xiàn)在弱透水層距堤腳較遠的某一較薄處,地基被承壓水頂穿后,其后果是為砂礫石層的滲透破壞提供了較遠的滲流出口。當(dāng)河水位進一步升高后,砂礫石層中的水力比降容易達到破壞水力比降,開始滲透破壞,并在砂礫石層上表面不斷形成一條純?yōu)榇诸w粒的管涌通道,導(dǎo)致堤內(nèi)砂層的穿孔破壞由遠到近,不斷向堤腳發(fā)展。地基破壞過程可概括為砂層流土—砂礫石管涌—砂層破壞不斷向堤外發(fā)展。②砂層流土破壞前的水力比降與管涌試驗結(jié)果相一致,J破壞=0.89;③砂礫石層中細(xì)顆粒不斷流失時的水力比降為0.09,稍小于垂直管涌試驗值0.20;④最終控制雙層地基滲透穩(wěn)定的主要因素是砂礫石層,因砂礫石層不斷管涌破壞使砂層連續(xù)破壞,導(dǎo)致大堤潰決。若控制砂礫石層不滲透破壞,則上部砂層破壞后不會繼續(xù)破壞,堤基只有滲透變形,而不會滲透破壞。與試驗Ⅱ—1相比較,本方案的特點是江水位上漲后上部砂層在堤腳只承受63%的水頭,而且向堤內(nèi)方向很快遞增,所以砂層的開始滲透破壞位置靠堤腳。(1)滲透破壞過程。當(dāng)砂層水力比降增加到約為1.06時,堤腳處立即穿孔流土破壞,然后承受的水力比降驟降為0.75。與此同時,砂礫石層中的水力比降由0.05增大到0.10,出現(xiàn)細(xì)顆粒流失,滲流量增大。歷經(jīng)30min后,整個滲流場又處于穩(wěn)定狀態(tài)。繼續(xù)升高水頭,砂礫石層中的水力比降猛增到J=0.17,開始管涌破壞。55min后,緊靠砂礫石層上表面沿砂層中出現(xiàn)一條滲流通道,砂層與堤身之間出現(xiàn)脫空現(xiàn)象,滲流量驟增,水位下降,停止試驗。滲流量與各土層承受的水力比降繪于圖6。(2)土層破壞情況。試驗后開挖檢查發(fā)現(xiàn),砂層中緊靠砂礫石層有一條彎曲的松土洞穴,由出口直達進口,進口寬8cm,中間寬25cm,高度10～12cm,如圖7所示。洞中填滿了比較干凈的砂,挖出松砂后相應(yīng)于松土洞位置的下部砂礫石層中看到細(xì)顆粒明顯流失,但深度僅為2cm。由于取樣深度必須是10cm,實測結(jié)果發(fā)現(xiàn),砂礫石層中細(xì)顆粒的平均帶出量僅為2%,2cm內(nèi)的帶出量實際將達8%～10%。顆粒分析結(jié)果表明,滲流通道中砂層的顆粒組成緊靠砂礫石表面明顯變粗,小于0.25cm的細(xì)顆粒流失量達17%,表明發(fā)生層面接觸沖刷。這一結(jié)果表明,由于砂礫石的細(xì)粒含量達25%,抗?jié)B強度提高,砂礫石層上表面管涌破壞后接觸帶的顆粒變粗、孔隙變大,接觸面的抗?jié)B強度降低,隨后引起砂層的接觸沖刷,圖8是開挖后在砂土層中的滲流通道,圖9為砂礫石層表面滲流通道的顆粒組成。(3)試驗結(jié)果。試驗Ⅱ—2表明:①隨著砂礫石層中細(xì)料含量的增多,滲透系數(shù)減小,上下兩土層滲透系數(shù)的比值相應(yīng)減小,因而砂礫石層中的承壓水頭減小。②當(dāng)兩層土滲透系數(shù)之比減小到50時,上部砂層承受的水頭不僅明顯減小,而且向堤內(nèi)很快遞減,所以流土破壞多半發(fā)生在靠堤腳附近。③上部砂土的破壞水力比降依然是本身管涌試驗的破壞水力比降,砂礫石層中水平破壞水力比降J=0.17,略小于垂直破壞水力比降0.26。④表層砂礫石層管涌破壞后級配變粗,等效粒徑D20與砂層d10之比高達70,由文獻知,只要砂礫石層中的J>0.07,砂層就會產(chǎn)生接觸沖刷。由于接觸沖刷水力比降小于砂礫石層的破壞水力比降,因而地基的滲透破壞便由砂礫石層的管涌轉(zhuǎn)向砂層的接觸沖刷。整個破壞過程可概括為表層流土—砂礫石層管涌—兩層土之間接觸沖刷—砂層下部出現(xiàn)水平滲透通道。4cm整粒砂石層本試驗進一步研究了兩層地基滲透系數(shù)之比大于100的地層結(jié)構(gòu)的滲透破壞性狀。區(qū)別在于表層為黏土,并在距堤腳21cm,相當(dāng)于原型8.4m處預(yù)設(shè)?10cm直達砂礫石層的孔洞,以模擬黏土層曾經(jīng)穿孔破壞,但整個地基仍未破壞,江水位再次上升的情況。砂礫石層選用了滲透系數(shù)k=7.5×10-1cm/s,小于2mm的顆粒含量只有17%的管涌型土,試驗編號為Ⅱ—3。(1)管涌破壞社會主義法的機制本試驗同時可闡明地基已設(shè)減壓井,但井身無反濾保護下的滲透破壞特性。試驗過程表明,盡管兩層土滲透系數(shù)之比達389,由于黏土層已經(jīng)穿孔破壞,砂礫石層提早減壓,堤腳處黏土層只承受19%的水頭。由于表層土已經(jīng)穿孔破壞,砂礫石層中的水力比降隨江水位上漲很快增大,而且滲流呈紊流狀,當(dāng)增大到0.2時,預(yù)留孔出渾水,開始出現(xiàn)滲透變形。當(dāng)砂礫石層中的水平水力比降增加到0.37時管涌破壞,細(xì)顆粒連續(xù)不斷地帶出預(yù)留孔,并堆積在孔口外,孔口上游黏土層堤內(nèi)腳的垂直水力比降顯著增大達1.71。黏土層的破壞與試驗Ⅱ—1相類似,由遠處向堤腳發(fā)展,結(jié)果在孔口上游偏右側(cè)堤腳處砂層重新穿孔破壞,大量滲流改向由新的破壞處集中流出,預(yù)留孔口失效。滲流量不斷加大,經(jīng)70min后,砂礫石層上表面5cm高度內(nèi)的細(xì)顆?；玖魇Ц蓛?黏土層的整體破壞也由堤腳逐漸向上游發(fā)展,滲流變?yōu)槟酀{,堤底與黏土層之間出現(xiàn)脫空,滲流量大增。圖10為滲流量與水力比降的關(guān)系圖。(2)細(xì)顆粒流失量的計算試驗結(jié)束后揭開上部黏土層看到砂礫層中有一條通向進口、全為粗顆粒的滲流通道,寬約10cm,高度5cm,通道內(nèi)全是礫石。取3個樣品進行顆粒分析,以新穿孔洞上游側(cè)的砂礫石層中細(xì)顆粒的帶出量最多,10cm高度內(nèi)細(xì)顆粒的平均流失量為7%,換算到5cm高度,帶出量達13%,占總量的76%。圖11為地基滲透破壞路徑圖,圖12為砂礫石層的顆粒組成曲線。(3)砂石層的管涌破壞試驗結(jié)果查明了以下問題:①黏土層的提前破壞使砂礫石層的減壓,較早的分擔(dān)了較大水頭,但只有滲透變形而不滲透破壞,當(dāng)J=0.37時砂礫石層才滲透破壞,大于原有抗?jié)B強度0.19。②基本上是試驗Ⅱ—1的重演。砂礫石層的管涌破壞導(dǎo)致黏土層的流土破壞由遠處向堤腳方向發(fā)展,致使大堤與堤基相脫空。③整個破壞過程試驗與Ⅱ—1類似,同樣可描寫為黏土層破壞—砂礫石層管涌—黏土層的破壞向堤內(nèi)發(fā)展。5土層滲透系數(shù)研究由黏土層和砂層組成的地基,二者滲透系數(shù)之比只有15,主要研究兩土層滲透系數(shù)相差不大的類型。這類地基的第一特性是下層砂層承壓性狀不明顯,其次是下層土的滲透破壞形式多為流土型。試驗編號為Ⅱ—4。(1)水力比降方面這類地基的滲透變形特性是當(dāng)?shù)棠_處的垂直水力比降為2.17時,出口土體局部隆起,高度1.5cm,出現(xiàn)裂縫,并逸出小股渾水,稍后水清;繼續(xù)升高水頭,擬將黏土層堤腳處的垂直水力比降升至3.0,未達到此值黏土層已經(jīng)穿孔破壞,破壞水力比降約為2.5。此后黏土層承受的水力比降不斷下降,但破壞從黏土層中繼續(xù)向上游發(fā)展,滲流呈泥漿狀,而砂層中的水力比降由0.87增加至1.50,未見滲透破壞。最后由于黏土層中的滲流通道與上游連通,滲流量驟增,停止試驗。流量與水力比降的關(guān)系繪于圖13。(2)砂層對土體的破壞拆除模型進一步觀察破壞情況,發(fā)現(xiàn)黏土層與大堤接觸面之間有一條很淺而斷續(xù)的塌陷槽,上游段長35cm,下游段長55cm,寬10cm,中段30cm無塌陷,表明不是接觸沖刷槽。塌陷槽下部土體仍然很硬,保持原狀,往下一定深度為一條直徑約6cm的孔洞,里面填滿了松軟土體,含水率很高?？锥闯隹谟?0cm長度與砂基相毗鄰,其它地段位于黏土層中,砂與黏土之間接觸良好。出口堆積的全部是土粒。堤腳處的砂層比試驗初期上拱高度4.5cm,但未流土破壞。圖14為地基滲透破壞情況示意圖。(3)地下水流土破壞機理試驗結(jié)果表明:①由于兩層土滲透系數(shù)之比只有15,滲流場中水頭的分布特性與均勻地基相接近;②對于兩土層滲透變形均為流土型的雙層地基,盡管下部砂層承受了較大的水力比降,滲透破壞仍然開始于上部黏土層。黏土本身流土破壞水力比降可按文獻確定,計算結(jié)果JKP=2.48,與模型試驗實測值2.50相一致;③因下層砂土滲透變形型式為流土型,只要上部稍有壓重,破壞水力比降將會明顯提高,因而當(dāng)承受的水力比降高達1.50時,土體只有變形而不會滲透破壞;④這類雙層地基出口流土破壞后,向上游發(fā)展的途徑主要在上部黏土層。黏土層中形成管涌通道的水平水力比降為1.5,為垂直破壞水力比降的0.6倍。⑤整個破壞過程可描寫為黏土層流土破壞—流土呈水平向發(fā)展—黏土層中出現(xiàn)滲流通道。6堤基的滲透破壞機理本文根據(jù)雙層地基可能出現(xiàn)的各種滲流特性,按土的滲透系數(shù)及滲透變形特性,將復(fù)雜的雙層地基分解為4種類型,基本上反映了雙層地基的全部地層結(jié)構(gòu)。分別進行模型試驗的結(jié)果查明了江河大堤雙層地基中最危險的地層結(jié)構(gòu)以及滲透破壞原因與土的滲透破壞型式之間的關(guān)系。(1)江河大堤的雙層地基,出現(xiàn)最多最典型也是易出險的地層結(jié)構(gòu)是上層較薄的弱透水層,下層又是滲透系數(shù)為10-1～10-2cm/s量級,滲透破壞型式為管涌型的強透水砂礫石層。這種地層結(jié)構(gòu)的特點是k2/k1>100,江水一旦上漲,80%左右的水頭將由上部土層來承擔(dān),上部土層較薄時,最容易引起流土破壞。二是上部流土破壞后下部砂礫石層中的水力比降很容易達到破壞水力比降,容易滲透破壞。江河大堤堤基的滲透破壞多數(shù)就出現(xiàn)在這種地基中。(2)兩層滲透系數(shù)之比大于100的雙層地基,滲透破壞的機理是上部較薄的弱透水層無論是黏土或砂土往往在距堤腳較遠的較薄處流土破壞,使下層砂礫石有了滲透破壞的滲流出口,同時導(dǎo)致砂礫石開始承擔(dān)較大水頭,當(dāng)水力比降超過允許水力比降后,細(xì)顆粒將由上部破壞處連續(xù)不斷向外流失,并呈水平向向上游發(fā)展,形成純礫石層的集中滲流通道。砂礫石層中出現(xiàn)集中滲流通道的后果造成上部土層的流土破壞由遠到近不斷向堤外發(fā)展,使大堤底部脫空而失穩(wěn)。砂礫石層不滲透破壞,