堤防渗透稳定性评价及防治措施

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1、堤防渗透稳定性评价及防治措施【摘要】渗透变形是堤防工程经常遇到的工程地质问题，做好渗透稳定性评价对堤防加固有极其重要的意义。本文阐述了渗透变形破坏类型、判别、临界水力比降的确定，渗透变形稳定性评价的内容，并提出了针对不同地质结构条件下的防治措施。【关键词】渗透变形；管涌；流土；接触冲刷；接触流失；临界水力比降中图分类号：O552.2文献标识码：A渗透变形是堤防工程经常遇到的工程地质问题，做好渗透破坏的除险加固工作首先要分析判断渗透破坏属于哪种类型，并分析其形成的原因；然后根据渗流控制原则和具体的工程地质条件

2、，选择经济合理的除险措施；对所选择的工程措施进行精心设计和施工，达到根除渗透破坏的目的。1.渗透变形破坏类型8渗透变形是一种复杂的工程地质现象，渗透变形的类型不仅取决于土的不均匀系数、土粒直径和颗粒级配，而且也和土的密度、渗透性有关。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带走，从而引起岩土的结构变松，强度降低，甚至整体发生破坏，这种现象称为渗透变形。由于土体颗粒级配和土体结构条件的不同，渗透破坏的机理、发展过程及后果也不一样。从渗透破坏发生的机理角度，可以将渗透变形分为四种类型：

3、1.1管涌在渗流作用下，土体中的细颗粒沿着土体骨架颗粒间的孔道移动或被带出土体，这种现象叫管涌。当土体内的渗透流速达到一定的数值时，土壤中的细小颗粒开始被带走，以后随着小颗粒的流失，土壤的孔隙加大，较大的颗粒也会被带走，这样逐渐在内部形成渗流通道，以致使堤坝遭到破坏。管涌一般发生在砂砾石地层中。1.2流土在渗透力作用下，土体中的颗粒群同时起动而流失的现象称为流土。这种破坏形式在粘性土和无粘性土中均可以发生。粘性土发生流土破坏的外观表现为：土体隆起、鼓胀、浮动、断裂等。无粘性土发生流土破坏的外观表现是：泉眼（

4、群）、砂沸、土体翻滚最终被渗透托起等。1.3接触冲刷当渗流沿着两种渗透系数不同的土层接触面或建筑物与地基的接触面流动时，沿接触面带走细颗粒的现象。1.4接触流土渗流垂直于渗透系数相差较大的两相邻土层的接触面流动时，将渗透系数较小的土层的细颗粒带入渗透系数较大的另一土层的现象。82渗透变形形成条件2.1渗流的动水压力及临界水力梯度渗透压力：dP=dw・rw・dh・g动水压力（D）：单位体积土层所受的透压力，水下重量dQ=dW-dF=（rsat-rw）・g=r’・g・dl・dw，当dP=dQ时土颗粒处于平衡状态

5、，当dp=dQ时，单元体处于悬浮状态，发生流土。此时渗流的水力梯度为临界水力梯度Icr。2.2土体结构特征及颗粒组成土体结构包括了土中粗细颗粒直径比例、细粒物质含量、土的级配等。无粘性土的骨架主要由粗粒组成，孔隙直径大且互相连通，细粒含量少．不能全部充填孔隙。粘性土的颗粒组成比较均匀．颗粒大小相差不大，粘性土中没有能形成骨架的大颗粒存在。土的结构特征与渗透变形型式密切相关。2.3渗流出口条件渗流逸出口临空，此处的水力梯度高于整个渗径上的平均梯度，水流方向也有利于土的松动和悬浮。人为破坏出口部位表层具有防渗作

6、用的弱透水层，也加剧渗透变形产生。3、渗透变形类型的判别3.1不均匀系数判别法Cu≤10时，不会发生管涌，将发生流土；10＜Cu≤20时，过渡型；当Cu＞20时，易于发生管涌3.2细粒颗粒含量判别法83.2.1不均匀系数Cu＞5连续级配粗粒土的判别Pc≥1/4(1-n)*100流土Pc5不连续级配粗粒土的判别Pc≥35%流土Pc<25%管涌25%≤Pc<35%过渡型，取决于土的密度、粒径、形状Pc：土中小于df（粗细颗粒的界限粒径）的细粒含量，以质量百分数计。3.3颗分曲线判定法如果土体颗分曲线为明显的瀑布

7、型（如图1a）且分计筛分曲线为双峰，则说明颗粒级配缺乏中间粒径，土体的渗透变形形式为管涌；如果土体颗分曲线为明显的直线型（如图1b）且分计筛分曲线为单峰，土体的渗透变形形式则为流土；如果土体的颗分曲线不具备上述特征，则土体流土和管涌同时发展。3.4接触冲刷的判别对于双层结构的地基，当两层土的不均匀系数均满足Cu≤10时，且符合下列条件，将不会发生接触冲刷：D10/d10≤10D10、d10：为较粗和较细土的颗粒粒径，小于该粒径的土占土总重量的10%。3.5接触流失的判别8（1）对于渗流向上的情况，Cu≤5的

8、土层，符合下列条件，将不会发生接触流失：D15/d85≤5D15：为较粗土的颗粒粒径，小于该粒径的土占土重总量的15%；d85：较细土的颗粒粒径，小于该粒径的土占土重总量的85%。（2）对于Cu≤10的土层，符合下列条件，将不会发生接触流失：D20/d70≤7D20：为较粗土的颗粒粒径，小于该粒径的土占土重总量的20%；d70：较细土的颗粒粒径，小于该粒径的土占土重总量的70%。以上土体的渗透变形形式判定为目前国