Ch4渗透变形工程地质研究

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1、Ch4渗透变形工程地质研究§1概述§2渗透变形的类型与特点§3渗透变形产生的条件§4渗透变形的预测§5渗透变形的防治1§1概述1.渗流地下水在岩石空隙（）中的运动称为渗流（渗透）渗流是在与介质发生密切联系的条件下进行的。由于受到介质的阻滞，水的运动远比地表水缓慢。2.渗透压力渗透水流作用于岩土上的力，称渗透压力或动水压力3.渗透变形当渗透压力达到一定值时，岩土中一些颗粒甚至整体就会发生移动而被渗流携走，从而引起岩土的结构变松，强度降低，甚至整体发生破坏的工程动力地质作用或现象2§1概述在自然界中，渗透变形一般发生在无粘性土和粉土中。如河流岸坡或阶地上的碟形洼地，

2、覆盖型岩溶区的“土洞”和陷穴，以及黄土“喀斯特”现象等。更多的渗透变形现象是发生在工程场地中，由于人类工程活动使渗流加强，往往导致危害严重的渗透变形发生。而且它不但在松散土体中发生，在基岩的断裂破碎带、软弱夹层和风化壳中也可能发生。譬如，基坑和巷道开挖时的流沙现象，覆盖型岩溶区矿山疏干排水或汲取地下水产生的地面塌陷，水坝坝基的管涌等。3§1概述渗透变形现象在坝工建设中尤为引人关注。这是因为建坝后促使河谷地段地下水的渗流大大加强，经常引起坝基松散沉积物或软弱岩体发生变形破坏，以致酿成溃坝的严重后果。美国破坏的土石坝中，有40％是坝基或坝体渗透变形造成的。我国水利水

3、电科学研究院于1974调查了33座坝身有缺陷的土石坝，其中属渗透变形的约占60％。4§1渗透变形的类型与特点目前国内外对渗透变形类型的划分和术语名称尚未统一，但一般来说可以划分为潜蚀和流土两种基本型式。5一、管涌(piping)或潜蚀1.定义：在渗流作用下单个土颗粒发生独立移动的现象，称潜蚀或管涌管涌较普遍地发生在不均匀的砂层或砂卵（砾）石层中，细粒物质从粗粒骨架孔隙中被渗流携走，使土层的孔隙和孔隙度增大，强度降低，发展下去使土体呈现“架空结构”，甚至造成地面塌陷。6一、管涌(piping)或潜蚀2.机械潜蚀和化学潜蚀机械潜蚀：指渗流的机械冲刷力把细小的土颗粒携

4、走，而较大颗粒仍留在原处。化学潜蚀：当土中含有可溶盐类的颗粒或胶结物时，水流溶蚀了它们，使土的结构变松，孔隙度增大，水流的渗透能力加强，这就是化学潜蚀。化学潜蚀与岩溶不同，因为渗透的机械冲刷是主要的，化学溶蚀是从属的，为机械潜蚀的加强创造条件7一、管涌(piping)或潜蚀3.分类根据渗透方向与重力方向的关系，将管涌分为：垂直管涌水平管涌8土石坝坝基渗流示意图坝前的渗流对土层起压密作用，不致于发生渗透变形。坝后的渗流对土颗粒起上托作用，使之易于松动、悬浮、被携出地表，为垂直管涌。坝底下的细粒物质从粗颗粒骨架孔隙中被渗流携走，为水平管涌。渗流方向：在坝前(上游)由

5、上向下，与重力方向一致；在坝底为水平方向；渗流方向在坝后(下游)由上向下，与重力方向相反9一、管涌(piping)或潜蚀4.接触管涌定义：粗、细颗粒土层互相叠置时，在它们接触面上的渗流作用下所发生的管涌分类：按渗流方向与接触面的关系垂直接触管涌：在垂直于土层接触面的渗流作用下，细粒土层的大颗粒向粗颗粒土层孔隙移动的现象。平行接触管涌：在平行于粗粒、细粒土层接触面的渗流作用下，由于粗粒土层的渗透速度比细粒土层的渗透速度大得多，而使接触面附近的细粒土层中的颗粒被携走的现象。10抽水井孔若成井工艺较差，井周砂砾石层中的细颗粒就会向井管外反滤料管涌，而随水流抽出井外。这

6、种现象即为垂直接触管涌11二、流土(quicksoilquicksand)1.定义：在渗流作用下一定体积的土体同时发生移动的现象，称流土或流沙。流土一般发生在均质砂土层或粉土中。流土的危害性较管涌大，它可使土体完全丧失强度。管涌的发展演化，往往转化为流土。12§3渗透变形产生的条件一.必要条件引起渗透变形的动力因素是动水压力，一旦当渗流的动水压力达到岩土的抗渗强度时，就会发生渗透变形。抗渗强度：岩土抵抗渗透水流作用的能力。13一.必要条件1.渗流的动水压力及临界水力梯度地下水在松散土体中渗流时，土颗粒与水流围绕接触，由于水流流线之间以及水流与土颗粒接触面上摩擦阻

7、力的作用，使得水流产生水头损失，因而沿土粒周围渗流的水头将下降，也即渗流水压力将下降。此时每一个土颗粒在水头差作用下承受了来自水流的渗透力即动水压力。14假设渗透水流流经一单元土体长度为dl断面积为dw上下界面的水头差为dh动水压力数学表达式推导15则此单元土体承受的水压力dP为dP=w·g·dh·dw式中：w为水的密度；g为重力加速度dP即为渗流因摩擦阻力而受到的水头损失，习惯以作用于单位体积土体上的水压力来表征，即D=dP/(dw·dl)=w·g·ID即为动水压力，I为渗流的水力梯度I=dh/dl（单位长度上的水头差）动水压力的方向与渗流方向一致16当

8、w=9.8kN/m3，