土的滲透性與土中滲流

第2章

土的滲透性與土中滲流§2.1土中滲流的工程意義§2.2滲流理論§2.3滲透力與滲透變形§2.4滲流工程問題與處理措施第2章土的滲透性與土中滲流§2.1土中滲流的工程意義12.1土中滲流的工程意義

浸潤線流線等勢線下游上游土壩蓄水后水透過壩身流向下游H隧道開挖時，地下水向隧道內流動

在水位差作用下，水透過土體孔隙的現(xiàn)象稱為滲流

2.1土中滲流的工程意義

浸潤線流線等勢線下游上游土壩蓄水2§2.2滲流理論

一、達西定律1856年法國學者Darcy對砂土的滲透性進行研究結論：水在土中單位時間的滲流量與圓筒斷面積A及水頭損失Δh成正比，與斷面距離L成反比滲透試驗播放q=kAΔh/L達西定律i為水力梯度v=q/A=kΔh/L=kiΔ§2.2滲流理論

一、達西定律1856年法國學者Darcy3二、達西定律適用范圍與起始水力梯度達西定律討論：砂土的滲透速度與水力梯度呈線性關系

密實的粘土，需要克服結合水的粘滯阻力后才能發(fā)生滲透;同時滲透系數(shù)與水力坡降的規(guī)律還偏離達西定律而呈非線性關系

ib起始水力梯度虛直線簡化達西定律適用于層流，不適用于紊流v=kiivO砂土0iv密實粘土二、達西定律適用范圍與起始水力梯度達西定律討論：砂土的滲透速4§2.3滲透力與滲透變形一、滲透力和臨界水力梯度1.滲透力——滲透水流施加于單位土粒上的拖曳力h2h1h21L沿水流方向放置兩個測壓管，測壓管水面高差h水流流經這段土體，受到土顆粒的阻力，阻力引起的水頭損失為h土粒對水流的阻力應為

土樣面積根據(jù)牛頓第三定律，試樣的總滲流力J和土粒對水流的阻力F大小相等，方向相反§2.3滲透力與滲透變形一、滲透力和臨界水力梯5滲流作用于單位土體的力說明：滲透力j是滲流對單位土體的作用力，是一種體積力，其大小與水力梯度成正比，作用方向與滲流方向一致，單位為kN/m3

滲透力的存在，將使土體內部受力發(fā)生變化，這種變化對土體穩(wěn)定性有顯著的影響abc滲透力方向與重力一致，促使土體壓密、強度提高，有利于土體穩(wěn)定滲流方向近乎水平，使土粒產生向下游移動的趨勢，對穩(wěn)定不利滲流力與重力方向相反，當滲透力大于土體的有效重度，土粒將被水流沖出滲流作用于單位土體的力說明：滲透力j是滲流對單位土體的作用力62.臨界水力梯度icr———使土體開始發(fā)生滲透變形的水力梯度GJ當土顆粒的重力與滲透力相等時，土顆粒不受任何力作用，好像處于懸浮狀態(tài)，這時的水力梯度即為臨界水力梯度或

在工程計算中，將土的臨界水力梯度除以某一安全系數(shù)K(2～3)，作為允許水力梯度[i]。設計時，為保證建筑物的安全，將滲流逸出處的水力梯度控制在允許梯度[i]內2.臨界水力梯度icr———使土體開始發(fā)生滲透變形的水力梯度7二、滲透變形滲透水流將土體的細顆粒沖走、帶走或局部土體產生移動，導致土體變形—————滲透變形問題（流土，管涌）

1.流土——在滲流作用下，局部土體表面隆起，或某一范圍內土粒群同時發(fā)生移動的現(xiàn)象

流土發(fā)生于地基或土壩下游滲流出逸處，不發(fā)生于土體內部。開挖基坑或渠道時常遇到的流砂現(xiàn)象，屬于流土破壞。細砂、粉砂、淤泥等較易發(fā)生流土破壞二、滲透變形滲透水流將土體的細顆粒沖走、帶走或局部土82.管涌——在滲流作用下，無粘性土中的細小顆粒通過較大顆粒的孔隙，發(fā)生移動并被帶出的現(xiàn)象

土體在滲透水流作用下，細小顆粒被帶出，孔隙逐漸增大，形成能穿越地基的細管狀滲流通道，掏空地基或壩體，使其變形或失穩(wěn)。管涌既可以發(fā)生在土體內部，也可以發(fā)生在滲流出口處，發(fā)展一般有個時間過程，是一種漸進性的破壞2.管涌——在滲流作用下，無粘性土中的細小顆粒通過較大顆粒的93.流土與管涌的區(qū)別1）流土發(fā)生時水力梯度i大于臨界水力梯度icr，而管涌可以發(fā)生在i<icr的情況下；2）流土發(fā)生的部位在滲流逸出處，而管涌發(fā)生的部位可以在滲流逸出處，也可以在土體內部；3）流土破壞往往是突發(fā)性的，而管涌破壞一般有一個過程，是一種漸進性的破壞；4）流土發(fā)生時水流方向向上，而管涌則沒有此限制；5）只要水力梯度達到一定數(shù)值，任何類型的土都會發(fā)生流土破壞；而管涌只發(fā)生在有一定的級配（如不均勻系數(shù)Cu>10）的無黏性土中，且土中粗顆粒所構成的孔隙直徑必須大于細顆粒的直徑。3.流土與管涌的區(qū)別1）流土發(fā)生時水力梯度i大于臨界水力梯度10三、例題分析【例】某土壩地基土的比重Gs=2.68，孔隙比e=0.82，下游滲流出口處經計算水力坡降i為0.2，若取安全系數(shù)K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】臨界水力梯度

由于實際水力梯度i

<[i]，故土壩地基出口處土體不會發(fā)生流土破壞允許水力梯度三、例題分析【例】某土壩地基土的比重Gs=2.68，孔隙比e11§2.4滲流工程問題與處理措施

一、滲流工程問題1.地下水的浮托作用地下水不僅對水位以下的土體產生靜水壓力和浮托力，并對建筑物基礎產生浮托力

2.地下水的潛蝕作用在施工降水等活動過程中產生水頭差，在滲透力作用下，土顆粒受到沖刷，將細顆粒沖走，破壞土的結構。通常產生于粉細砂、粉土地層中

3.流砂流砂在工程施工中能造成大量的土體流動，使地表塌陷或建筑物的地基破壞，給施工帶來很大的困難，影響建筑工程的穩(wěn)定。通常易在粉細砂和粉土地層中產生，在地下水位以下的基坑開挖、埋設地下管道、打井等工程活動中常出現(xiàn)

§2.4滲流工程問題與處理措施一、滲流工程問題1124.基坑突涌

當基坑下部有承壓水層時，開挖基坑減小了底板隔水層的厚度，當隔水層較薄經受不住承壓水頭壓力，承壓水頭壓力就會沖毀基坑底板，這種現(xiàn)象稱為基坑突涌4.基坑突涌當基坑下部有承壓水層時，開挖基坑減小了底13二、防滲處理措施1.水工建筑物滲流處理措施水工建筑物的防滲工程措施一般以“上堵下疏”為原則，上游截滲、延長滲徑，下游通暢滲透水流，減小滲透壓力，防止?jié)B透變形

①垂直截滲

主要目的:延長滲徑，降低上、下游的水力坡度，若垂直截滲能完全截斷透水層，防滲效果更好。垂直截滲墻、帷幕灌漿、板樁等均屬于垂直截滲

二、防滲處理措施1.水工建筑物滲流處理措施水工建筑物的14②設置水平鋪蓋上游設置水平鋪蓋，與壩體防滲體連接，延長了水流滲透路徑

粘土鋪蓋③設置反濾層

砂墊層水位加筋土工布回填中粗砂拋石棱體設置反濾層，既可通暢水流，又起到保護土體、防止細粒流失而產生滲透變形的作用。反濾層可由粒徑不等的無粘性土組成，也可由土工布代替，上圖為某河堤基礎加筋土工布反濾層

②設置水平鋪蓋上游設置水平鋪蓋，與壩體防滲體連接，延長了水15④排水減壓

粘性土含水層減壓井為減小下游滲透壓力，在水工建筑物下游、基坑開挖時，設置減壓井或深挖排水槽

④排水減壓粘性土含水層減壓井為減小下游滲透壓力，在水工建筑162.基坑開挖防滲措施①工程降水

采用明溝排水和井點降水的方法人工降低地下水位在基坑內（外）設置排水溝、集水井，用抽水設備將地下水從排水溝或集水井排出原地下水位明溝排水原水位面一級抽水后水位二級抽水后水位多級井點降水要求地下水位降得較深，采用井點降水。在基坑周圍布置一排至幾排井點，從井中抽水降低水位2.基坑開挖防滲措施①工程降水