土的滲透變形講解

工作任務(wù)2滲透力與滲透變形

2.2.1滲透力

流動(dòng)的水作用在單位體積土的骨架上的力稱為滲透力。滲透力是流動(dòng)的水對(duì)土體施加的體積力，它與單位體積內(nèi)滲透水流受到的骨架的阻力

大小相等，方向相反。

作用于土柱中水體上的力有：

①截面1上的總水壓力

，其方向與滲流方向一致；

②截面2上的總水壓力

，其方向與滲流方向相反；

③土柱中的土顆粒對(duì)滲流的總阻力

，其大小應(yīng)和總滲透力J相等，即F=J=jLA=jv，方向與滲流方向相反。

根據(jù)滲流方向力的平衡條件得：

則滲透力

滲透力是一種體積力，單位為KN/m3,其大小與水力坡度成正比，方向與滲流方向一致。

2.2.2滲透變形破壞形式

水流在發(fā)生滲透時(shí)，由于滲透力的方向與滲流方向一致，因此它對(duì)土體穩(wěn)定性有著很大的影響。

（a）向下滲流時(shí)；

（b）向上滲流時(shí)圖2-9不同滲流方向?qū)ν恋挠绊?/p>

在滲透力的作用下，滲流出溢處表面一定范圍內(nèi)的土顆粒被同時(shí)浮起帶走的現(xiàn)象稱為流土（流砂）。

臨界狀態(tài)時(shí)的水頭梯度稱為臨界水頭坡降icr。

1、流土流土導(dǎo)致基坑坍塌

流土往往發(fā)生在滲流的逸出處，可以用滲流逸出處的水力坡降i與其臨界水力坡降icr比較，判別流土發(fā)生的可能性。

若

，則土體處于穩(wěn)定狀態(tài)；

若

，則土體處于臨界狀態(tài)；

若

，則土體發(fā)生流土。

在設(shè)計(jì)中將臨界水力坡降除以安全系數(shù)作為允（容）許水力坡降

，設(shè)計(jì)中將逸出處的水力坡降

控制在允許水力坡降

之內(nèi)，即要求：

k=2.0-2.5

FS=1.5-2.0重要工程取2.5

FS流土發(fā)生時(shí)，局部土體隆起、浮動(dòng)，顆粒群同時(shí)發(fā)生移動(dòng)而流失。流土一般發(fā)生在無(wú)保護(hù)的滲流出口處，而不發(fā)生在土體內(nèi)部。開(kāi)挖基坑或渠道時(shí)出現(xiàn)的所謂“流砂”現(xiàn)象，就是流土的常見(jiàn)形式。2、管涌

管涌是指在滲流作用下，土中的細(xì)顆粒通過(guò)粗顆粒的孔隙被水流帶出土體以外的現(xiàn)象。

管涌

發(fā)生管涌時(shí)的臨界水頭梯度與土的顆粒大小及其級(jí)配情況有關(guān)，但至今管涌的臨界水力坡降尚無(wú)成熟的計(jì)算公式可循。對(duì)于重要的工程，須通過(guò)滲透破壞試驗(yàn)確定，圖2-13

關(guān)系曲線無(wú)黏性土發(fā)生管涌的臨界水力坡降，可按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：

式中：d3——小于該粒徑顆粒含量為3%所對(duì)應(yīng)粒徑（cm）；

n——孔隙率；

k——滲透系數(shù)（cm/s）。

研究表明，不均勻系數(shù)CU≤10的勻粒砂土，只可能出現(xiàn)流土破壞形式；CU＞10的砂礫土，既可能發(fā)生管涌，也可能產(chǎn)生流土，主要取決于土的級(jí)配情況與細(xì)料含量。

3.接觸流失滲流垂直于滲透系數(shù)相差較大的兩層土的接觸面流動(dòng)時(shí)，把其中一層的顆粒帶出，并通過(guò)另一層土孔隙沖走的現(xiàn)象，稱為接觸流失《水力水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》GB50487-2008中給出了不發(fā)生接觸流失的兩種判別方法：（1）不均勻系數(shù)小于等于5的土層，滿足D15/d85≤5（2）不均勻系數(shù)小于等于10的土層，滿足D20/d70≤7式中d85、d70—較細(xì)層土中小于該粒徑的土重占總土重的85%、70%的顆粒粒徑；D15、D20—較粗層土中小于該粒徑的土重占總土重的15%、20%的顆粒粒徑。4.接觸沖刷

滲流沿著兩種不同介質(zhì)的接觸面流動(dòng)時(shí)，把其中顆粒層的細(xì)粒帶走，這種現(xiàn)象稱為接觸沖刷《水力水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》GB50487-2008中規(guī)定，對(duì)雙層結(jié)構(gòu)的地基，當(dāng)兩層土的不均勻系數(shù)小于等于10且滿足D10/d10≤10時(shí)（其中D10、d10分別代表較粗和較細(xì)層土中小于該粒徑的土重占總土重的10%的顆粒粒徑），不會(huì)發(fā)生接觸沖刷.1.滲透變形產(chǎn)生的原因

一：上、下游水位差形成的水力坡降；

二：土的顆粒組成特性。

主要治理措施：降低水力坡降。

2.基坑開(kāi)挖防滲措施

開(kāi)挖基坑時(shí)，當(dāng)滲透水力坡降大于臨界水力坡降icr時(shí)，坑底泥砂翻涌，出現(xiàn)流砂現(xiàn)象，不僅給施工帶來(lái)很大的困難，甚至影響鄰近建筑物的安全，所以在開(kāi)挖基坑時(shí)要防止流砂的發(fā)生滲透變形的防治措施1.水工建筑物防滲措施（1）設(shè)置垂直防滲體延長(zhǎng)滲徑。如截水槽（圖7-10）、混凝土防滲墻（圖7-11）、板樁和帷幕灌漿，以及新發(fā)展的防滲技術(shù)，如高壓定向噴射灌漿、倒掛井防滲墻等。（2）上游設(shè)置水平粘土鋪蓋或鋪設(shè)土工合成材料，與壩體的防滲體相連，以延長(zhǎng)滲徑，降低水力坡降（圖7-12）。（3）下游設(shè)置反濾層、蓋重。用以濾土排水，使?jié)B流逸出，又防止細(xì)小顆粒被帶走（圖7-13）。（4）設(shè)置減壓設(shè)