渗透变形工程地质研究

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1、第十章渗透变形工程地质研究第一节基本概念及研究意义第二节渗透变形产生的条件第三节渗透变形的预测第四节渗透变形的防治一、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。由力的平衡条件：渗透压力J：第一节基本概念及研究意义二、渗透变形（渗透破坏）渗透水流使得岩土中一些颗粒整体发生移动而被渗流携走，从而引起岩土的结构变松，强度降降低，甚至整体发生破坏。这种工程动力地质作用或现象称之为渗透变形或渗透破坏。1、潜蚀（管涌）2、流土第一节基本概念及研究意义1、潜蚀渗透压力达到一定值时，土中的某些颗粒就会被渗透水流携带和搬运，这种地下水的侵蚀作用称为潜蚀。潜

2、蚀包括机械潜蚀和化学潜蚀。机械潜蚀作用：指渗流的机械冲刷力把细小的土颗粒携走，而较大的颗粒仍留在原处。化学潜蚀作用：指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。机械潜蚀和化学潜蚀一般是同时进行的，且二者是相互影响、相互促进的。第一节基本概念及研究意义2、管涌强烈的渗透变形会在渗流出口处侵蚀成孔洞，孔洞又会促使渗透途经已经缩短、水力梯度有所增大的渗流向它集中，而在孔洞末端集中的渗透水流就具有更大的侵蚀能力，所以孔洞就不断沿最大水力梯度线溯源发展，最终形成一条水流集中的管道，由管道中涌出的水携带较大

3、量的土颗粒，即管涌（piping）。是由潜蚀强烈发展而出现的一种特有的不良地质作用，往往形成地质灾害。第一节基本概念及研究意义3、流土在渗流作用下一定体积的土体同时发生移动的现象称为流土或流沙(quicksand)。流土可以使土体强度完全丧失。潜蚀的发展演化可以转化为流土。第一节基本概念及研究意义三、研究意义渗透变形一般发生在无粘性土和粉土中。渗透危害:1、基坑开挖出现流砂的现象2、水坝坝基管涌3、地下工程突涌砂第一节基本概念及研究意义管涌破坏示意图（a）斜坡条件时（b）地基条件时1-管涌堆积颗粒；2-地下水位；3-管涌通道；4-渗流方向第一节基本概念

4、及研究意义第一节基本概念及研究意义渗透水流通过一系列的特有的作用过程使土体中某些颗粒松动、脱离、被水携带和搬运，导致土中形成孔洞通道及孔洞通道的不断向源延伸和扩大。这些作用包括：淋蚀或渗流侵蚀当土层中细小颗粒小于与之呈互层状产出的砂、砾层中的孔隙尺寸时，则细小颗粒可被渗透水流所携带，并穿过这些孔隙通道而被搬运走。土中的细微裂缝、虫孔、兽穴、根孔等大孔洞也可成为地下水流搬运细小颗粒的通道。这种渗透水流的选择性侵蚀，可能是土中管道开始形成的主导方式。渗透变形的类型与特点第一节基本概念及研究意义渗流面蚀饱水敏感土于斜坡面出露，集中渗流可携带其出口处的土粒顺流

5、而下将之搬运走，于是出口处首先形成一凹入龛并累进性切入坡内，逐步发展为一个地下管道。使渗流流线聚敛的因素有地形、岩性或细微裂隙等。孔道冲刷土或易蚀基岩中的孔洞或管道开始形成之后，通过这类孔道流动的集中水流即可冲刷孔道壁、冲走可由壁上脱落下来的颗粒而使孔道不断扩大。管涌可以多种方式出现，如涌、土裂隙管涌和虫(兽)穴管涌等。历史上很多决堤事件，也是管涌而产生的，所以管涌如猛兽。1998年，九江大堤是因为管涌而缺口的。第一节基本概念及研究意义由于工程活动所引起起的潜蚀和管涌更为常见。如开挖深基坑或采矿竖井穿过饱水粉细砂层，在基坑或竖井中大量排除地下水，造成坑

6、(井)内与边壁之间的大水头差，地下水层便会携带大量砂土由边壁涌入坑(井)之中，这就是工程中通称的流砂(quicksand)。第一节基本概念及研究意义第一节基本概念及研究意义潜蚀：即土体中一部分小颗粒被渗透水流携出，较普遍发生在不均质砂层中流土：即土体表层某一部分土粒在垂直土层的渗透水流作用下全部浮动和流走。常发生在大坝下游坡脚有渗透水流逸出的土层中接触流土：即渗透水流近于垂直土层运动，当由颗粒粗细相差悬殊的细粒土进入粗粒土中时，细粒土被水流带入粗粒土中接触冲刷：渗透水流方向与土层平行，细粒土与粗粒土接触面上的土粒受粗粒土中流速较大的水流所冲刷并被它带走

7、。第一节基本概念及研究意义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(指岩土抵抗渗透水流作用的能力)时，就发生渗透变形。一、渗透变形的水动力条件地下水在松散土体中渗流时，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。水流由下往上渗透时一旦当动水压力与土体的水下重量相等时，土体将处于悬浮状态而发生流土。单位土体承受的土压力第二节渗透变形产生的条件----太沙基公式即:土粒的密度愈大，孔隙率愈小，则临界水力梯度愈大，也即土体愈不易发生渗透变形（流土）。若砂土粒密度ρs＝2.65，n＝50％～30％，则：但太沙基公式未考

8、虑土体本身的抗剪强度，所以实测的各种土的临界梯度往往较上述公式计算结果相差很大。所以有必要进一