渗透变形与地面沉降

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1、土木工程地质讲义第一编动力地质作用与不良地质现象第一章地壳与地质作用第二章活断层与地震防灾规划第三章滑坡与泥石流第四章岩溶第五章渗透变形与地面沉降第六章河流侵蚀与淤积第七章地裂缝与采空区塌陷地下水的渗流作用－－渗透变形与地面沉降1.渗透水流作用类型2.渗透变形产生的条件3.渗透变形的预测4.渗透变形的防治5.地面沉降的分布与危害6.地面沉降的成因与防治渗透水流作用于岩土上的力，称渗透压力或动水压力。当此力达到一定值时，岩土中的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

2、度降低，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。在自然界中，渗透变形一般不发生在无粘性土或粉土中。可以划分为潜蚀和流土两种类型。1.潜蚀在渗流作用下，单个土颗粒发生独立移动的现象，称潜蚀或管涌。潜蚀较普遍的发生在不均匀的砂层或砂卵（砾）石层中，潜蚀包括机械潜蚀和化学潜蚀两种。潜蚀在自然条件下和工程活动中均会发生，人们习惯地把工程活动中发生的潜蚀称为管涌。根据渗透方向与重力方向的关系，可将管涌分为垂直管涌和水平管涌两种。渗透变形思考题1EXIT2.流土在渗流作用下一定体积的

3、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。潜蚀和流土是可以转化的，潜蚀的发展、演化，往往可以转化为流土。土石坝坝基渗流示意图渗透变形产生的条件引起渗透变形的动力因素是动水压力,一旦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。所以说,渗透变形主要取决于渗流的动水压力和岩土抗渗强度这一对矛盾相互作用的发展演化过程，这是渗透变形的基本条件，此外还有宏观地质因素和工程因素。1.渗流的动水压力及临界水力梯度。地下水在松软土体中渗流时，由于水质点之间以及水流与土粒之间磨擦阻

4、力的作用，产生水头损失。此时，每一个土粒在水头差作用下承受了来自水流的渗透力，即动水压力。习惯上用单位水体承受的水压力D表示。上下界面水头差长度面积水压力思考题2dwdpdldh水力梯度土体抗渗强度取决于其本身的结构。制约渗透变形发生的土体结构特性，包括土中粗细颗粒直径比例、细粒物质的含量和土的级配特征、颗粒形状及排列方式等因素。2.土的抗渗强度—-结构特性土的级配特征可用土的不均粒系数（Cu）表示，为土粒重百分数60%与10%的比值。值越大表示土粒越不均匀。当Cu<10时，主要形式是流土。当Cu>2

5、0时，主要形式是潜蚀。3.宏观地质因素和工程因素。宏观地质因素包括地层结构和地表地形条件两个方面。地层结构对渗透变形的影响，在坝基下表现最为明显。地形地貌条件对渗透变形的影响，主要表现在沟谷切割影响渗流的补给、渗径长度和渗流出口条件等方面。工程因素主要指的是渗流出口的保护问题。土石坝和汲水井的渗流出口段水力梯度较整个流径上的平均水力梯度为高。水流方向也有利于土的松动和悬浮。若不加保护，最易产生渗透变形。EXIT1.渗透变形的可能性及类型首先分析坝基的地层结构和地形地貌条件，初步确定渗透变形的地段。随后

6、，根据累积曲线和分布曲线，计算出不均粒系数和细颗粒的百分含量，来确定渗透变形的类型。也可根据累积曲线和分布曲线的形状来判断：瀑布式产生管涌，直线式不产生管涌。渗透变形的预测：预测步骤：（1）根据土体的性质和类型，判别渗透变形可能性与类型（2）确定坝基各点，尤其是下游坝脚处的实际水力梯度。（3）确定临界水力梯度和允许水力梯度。（4）根据比较，圈定出可能发生渗透变形的范围。颗粒累积曲线形式与渗透变形类型管涌流土管涌或流土累积百分曲线粒径2.确定坝基各点的实际水力梯度确定坝基实际水力梯度的方法有：理论计算法

7、、绘制流网的图解法、水电比拟法及观测法等。绘制流网的图解法比较简单且可靠，是常用方法。流网图是由一系列流线和等水头线所组成的网格。△S△S△h坝基任一点的水力梯度：3.确定临界水力梯度和允许水力梯度包括理论计算法、图表法和试验测定法。工程等级较低或初级堪察阶段可采用图表法，工程等级较高或后期勘察阶段则采用试验法。理论计算仅适用于流土类型，可根据土的类型及密实程度，选用不同的计算公式。允许水力梯度(Iy)：临界水力梯度(Icr)除以安全系数m，m=1.5-3EXIT渗透变形的防治渗透变形的防治，通常采用

8、三方面的防护措施。即改变渗流的动力条件、保护渗流出口和改善土石性质。可根据工程性质和地质条件选择使用。1.筑物基坑及地下施工时的流沙的防治措施。建筑物基坑主要采取人工降低潜水位的办法。使潜水位低于基坑底板。也可采用板桩防护墙。2.汲水井防治管涌的措施。主要措施是在过滤管与井壁间隙内充填反滤料。3.士石坝防治渗透变形的措施（1）垂直截渗（2）水平铺盖（3）排水减压（4）反滤盖重心墙坝斜墙坝粘土截水墙示意图思考题3（2）水平铺盖防渗铺盖示意图（3）排水减压在