渗透变形工程地质研究1

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1、概述渗透变形产生的条件渗透变形的预测渗透变形的防治提要第一节概述一、概念渗透变形：岩土体在地下水渗透力（动水压力）的作用下，部分颗粒或整体发生移动，引起岩土体的变形和破坏的作用和现象。表现为鼓胀、浮动、断裂、泉眼、沙浮、土体翻动等。二、研究意义堤岸1998年长江洪水险情以渗流险情最为普遍，沿长江6000余处险情中就有400余处属渗流险情。其中管涌被视为险中之险。一般来说，长江中下游平原冲积地层，上面是粘性土；往下是粉砂、细砂等，砂层间也有粘性土夹层的，再往下则是砂砾及卵石等强透水层，在河床中露头与河水相通。在汛期

2、高水位时由于渗水流经强透水层压力损失很小，堤内数百米范围内粘土层下面仍承受很大的水压力，如果这股水压力，冲破了粘土层，下面的粉砂、细砂就会随水流出（在没有反滤层保护的情况下），从而发生管涌。2003年7月1日凌晨4时，正在施工中的上海轨道交通4号线（浦东南路至南浦大桥）区间隧道浦西联络通道发生渗水，随后大量流沙涌入，引起地面大幅沉降。上午9时左右，地面建筑物中山南路847号一幢八层楼房发生倾斜，其裙房部分倒塌。由于报警及时，所有人员提前撤出，无人员伤亡。三、渗透变形的类型1.管涌：在渗流作用下，细颗粒沿土体骨架中

3、的孔道发生移动带走的现象，又称潜蚀。根据渗透方向与重力方向的关系：垂直管涌水平管涌2.流土：在渗透作用下，土体中的颗粒群或团块同时发生移动的现象。常发生于均质砂土层和亚砂土层中。第二节渗透变形产生的条件一、渗流的动水压力及临界水力梯度流入：pA=h1wgdw流出：pB=h2wgdw渗透压力：dP=pA-pB=dww·dh·g水下重量dQ=dW-dF=(sat-)·g·dl·dw=’·g·dl·dw动水压力（D）：单位体积土层所受的渗透压力当dp=dQ时，单元体处于临界悬浮状态，即将发生流土。此时渗流

4、的水力梯度为临界水力梯度Icr——土的抗渗强度。则有：dw·dh·g=’·g·dl·dwdh/dl=’/Icr=dh/dl=’/Icr=’=(s-1)(1-n)……太沙基公式土粒越密实，n越小，Icr越大，土体越不容易发生渗透变形。管涌的Icr的求取较为复杂，通过试验测定。二、土体性质与渗透变形类型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。1.粗细颗粒直径比例细粒从空隙中流动最优比例：d0/d>=8天然无粘性土n=0.395D/d0=2.5D/d>=20有利于管涌d0：

5、孔隙直径d：细颗粒直径D：粗颗粒直径土体的排列方式决定着D/d0的值：当排列疏松时，D/d0减小，D/d减小，有利于渗透变形当排列密实时，D/d0增大，D/d增大，不利于渗透变形2.细颗粒的含量用细颗粒含量来判别双峰型砾土的渗透变形型式：>35%流土<25%管涌=25%~35%流土或管涌，取决于砾土的密实度及细颗粒的组成中等以上密实度、不均匀系数较小的细粒土，发生流土。细颗粒成分中粘粒含量增加，可增大土的凝聚力，土的抗渗强度增加，不易发生渗透变形。3.土的级配特征：不均匀系数Cu=d60/d10Cu<10

6、流土Cu>20管涌Cu＝10-20流土或管涌三、地层组合关系单一型：多位于河流的上游，一般为砂卵（砾）石层，一般发生管涌，随着细粒成分的增多，可能流土。双层型：主要考虑表层粘性土的性质、厚度、完整程度多层型：除考虑表层粘性土层外，还考虑砂层透镜体或粘性土层透镜体或相变等造成水力梯度的突变等原因四、地形地貌条件沟谷切割等改变了渗流的补给、渗流的长度、出口条件等五、工程因素施工等破坏了表层具有防渗作用的弱透水层。第三节渗透变形的预测一、预测步骤1.根据土体类型和性质，判定是否容易发生渗透变形及变形的类型2.确定土体中

7、各点的实际水力梯度3.确定相对于该土体的临界水力梯度和允许水力梯度4.判定渗透变形的可能性及其范围二、渗透变形类型的确定1.粗细颗粒比例2.细粒物质含量3.土的级配三、实际水力梯度的确定常用方法有：水力学方法：计算及图解——模型模拟法——数值计算法——理论计算法：四、临界水力梯度与允许水力梯度的确定允许水力梯度：m—与地质条件和工程重要性有关：砂土：m＝1.5-3.0粘性土：m＝2.5-4.0m五、渗透变形可能性判定I实>I允发生渗透变形I实

8、条件，减少动水压力即降低水力梯度2.改变土体结构，提高抗渗能力二、防治措施1.垂直截渗：防渗帷幕2.铺盖3.人工降低地下水位4.反滤盖重5.物理、化学方法改造冻结、电动硅化、灌浆（化学浆液）