岩石渗透性分级

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1、第2章岩体的渗透特性 学习指导：本章讲述岩土体的渗透性，冻胀过程中土中水分的迁移与积聚，渗流方程及流网的概念，渗透变形产生的条件，坝基渗透稳定性分析，渗透变形的防治措施等内容。重点：掌握岩土体的渗透性，渗透变形破坏的类型，渗透变形破坏的条件，动水压力的概念，临界水力坡降，渗透水力坡降的试验确定方法及坝基渗透稳定性分析等。了解冻胀过程中土中水分的迁移与积聚及渗透变形破坏的防治措施等内容。2.1概述水在岩土体孔隙中的流动过程称为渗透。岩土体具有渗透的性质称为岩土体的渗透性。图2-1(a)土石坝渗流的例子，图2-1（b

2、）为隧洞开挖时，地下水的渗流。由水的渗透引起岩土体边坡失稳、边坡变形、地基变形、岩溶渗透塌陷等均属于岩土体的渗透稳定问题。水在孔隙介质中的渗透问题，目前的研究在试验及理论上都有一定的水平，在解决实际问题方面也能够较好地反映土在孔隙介质中的渗流的运动规律。孔隙介质中的渗流场理论，基本上描述了水在孔隙介质中的渗透特性。水在裂隙介质中的渗透，目前的研究还很不完善。由于裂隙介质的复杂性，水在裂隙介质中的渗透无论在理论上或是试验方面都存在很多问题，在解决工程实际问题方面还很不成熟。岩土体的渗透性对工程设计、施工和安全运行都

3、有重要的影响。本章主要介绍岩土体的渗透性的基本概念及土体渗透变形破坏的类型、渗透变形破坏产生的条件及坝基渗透稳定性分析，其它内容请参考有关书籍。2.2岩土体的渗透性2.2.2岩石的透水性在一定的水力梯度或压力作用下，岩石能被水透过的性质，称为透水性。对孔隙介质岩体，一般认为，水在岩石中的流动，如同水在土中流动一样，也服从于线性渗流规律——达西定律，(见2-1式)。  渗透系数是表征岩石透水性的重要指标，其大小取决于岩石中空隙、裂隙的数量、规模及连通情况等，并可在室内根据达西定律测定。某些岩石的渗透系数如表2-2，

4、由表可知，岩石的渗透性一般都很小，远小于相应岩体的透水性，新鲜致密岩石的渗透系数一般均小于10-7cm/s量级。同一种岩石，有裂隙发育时，渗透系数急剧增大，一般比新鲜岩石大4～6个数量级，甚至更大，说明空隙性对岩石透水性的影响是很大的。应当指出，对裂隙岩体来说，不仅其透水性远比岩块大，而且水在岩体中的渗流规律也比达西定律所表达的线性渗流规律要复杂得多。因此，达西定律在多数情况下不适用于裂隙岩体，必须用裂隙岩体渗流理论来解决其水力学问题。2.2.3岩体的渗透性   岩体的渗透性是一个复杂的问题，目前的研究成果在解决

5、实际问题时还有很多不足的地方。根据目前的研究，岩体的渗流大体可划分为准均匀介质渗流、裂隙性介质渗流和岩溶性介质渗流三种。(1)准均匀介质渗流 属于这一类型的有全、强风化带及弱风化带的中上部的多孔隙砂岩。在该渗流场中，达西定律基本上适用，主要参数仍然是渗透系数。(2)裂隙性介质渗流裂隙性介质渗流是岩体渗流的基本形式，水的渗流主要受裂隙的类型、裂隙的大小、裂隙的产状及裂隙充填情况所控制。(3)岩溶介质渗流岩溶介质渗流是岩体渗流最复杂的一种形式，由于受岩溶的发育规律所控制，岩溶的渗流具有间歇性、隐伏性、封闭性和地下水系

6、等特点。岩溶介质渗流的复杂性主要表现在以下三个方面：①多循环系统共存 这是岩溶介质渗流最突出的特点之一。如一个泉眼可能是一个循环系统的排泄点，也可能是几个循环系统的排泄点。同时，单个系统在空间上可以相互交叉。②裂隙性渗流与管道型渗流共存。③多种渗流特征参数共存。岩体的渗透多用试验及数学模型来表述。具体的研究详见岩体水力学。2.2.4岩土渗透性分级《水利水电工程地质勘察规范》（GB50287-99）规定，岩土渗透性可按表2－3分级。表2－3           岩土渗透性分级 渗透性等级标准 岩体特征 土类渗透系数

7、k（cm/s）透水率q（Lu）极微透水K<10-6q<0.1完整岩石，含等价开度<0.025mm裂隙的岩体粘土微透水10-6≤K<10-50.1≤q<1含等价开度0.025～0.05mm裂隙的岩体粘土－粉土弱透水10-5≤K<10-41≤q<10含等价开度0.05～0.01mm裂隙的岩体粉土－细粒土质砂中等透水10-4≤K<10-210≤q<100含等价开度0.01～0.5mm裂隙的岩体砂―砂砾强透水10-2≤K<100q≤100含等价开度0.5～2.5mm裂隙的岩体砂砾－砾石、卵石极强透水K≤10-5q≤100

8、含连通孔洞或等价开度>2.5mm裂隙的岩体粒径均匀的巨砾注：Lu为吕荣单位，是1Mpa压力下，每米试段的平均压入流量，以L／min计。2.3坝基渗透稳定性分析坝基下的渗透水流，使岩土体中的某些颗粒移动或颗粒成分、结构发生改变的现象称为渗透变形或渗透破坏。渗透变形对土石坝稳定影响极大，据美国发表的资料，在破坏的土石坝中，有40％是由于坝基或坝体土的渗透变形所造成。我国对有问