第六章 渗透变形.ppt

第六章 渗透变形工程地质研究 第一节 概述 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 §1 概述 一、概念 渗透变形：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,强度降降低,甚至整体发生破坏,这种工程动力地质作用现象,称之为渗透变形(seepage deformation)或渗透破坏。 二、渗透变形的类型：管涌和流土 1.管涌：在渗流作用下，单个土颗粒发生独立移动的现象，又称潜蚀。潜蚀普通发生在不均匀的砂层或河卵（砾石）层中,细粒物质从粗粒骨架孔隙中被渗透携走,使土层的孔隙和孔隙度增大，强度降低,发展下去会呈现”架空结构”,甚至造成地面塌陷. 潜蚀包括机械潜蚀和化学潜蚀。 机械潜蚀：为不溶解颗粒被渗透水流带走，也是经常发生的。渗流的机械冲刷力把细小的土颗粒带走，而大的颗粒仍留在原处。 化学潜蚀：当土中含有可溶性组分被渗透水流溶解和搬运，使土的颗粒结构变松，空隙度增大，水流的渗透能力增强。这在含有可溶组分的土石中常见。 渗透水流通过一系列特有作用过程使土体中某些颗粒松动、脱离、被水携带和搬运，从而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。 根据渗透方向与重力方向的关系： 垂直管涌：渗流对土颗粒的上托作用,使之松动、悬浮和携出地表的现象。 水平管涌：在水平方向细粒物质从粗粒骨架空隙中被水流携走的现象。 按渗流方向与土层接触面的关系： 垂直接触管涌 平行接触管涌 2.流土：在渗流作用下，一定体积的土体同时发生移动的现象。 常发生于均质砂土层和亚砂土层中。 接触管涌：当粗细粒土层相互叠置时，接触面上发生的管涌。 二、渗透变形实例现象 渗透变形,一般发生在无粘性土和粉土中。 1水坝：管涌甚至流土 ?坝基 ?坝体 2基坑:开挖—流土（流沙） ?基坑表面截水沟排水 ?基坑排水 原地下水位线 降水后地下水位线 抽水 §2 渗透变形产生的条件 1. 渗透变形的动力动水压力 ????? 当动水压力岩土抗渗强度（岩土抵抗 渗透水流作用的能力），产生渗透变形。 一、渗流的动水压力及临界水力梯度 渗透压力：dP=dw·?w·dh ·g 动水压力（D）：单位体积土层所受的渗透压力 水下土体重量：dQ=dW-dF=(?sat-?? )·g ·dl· dw =?’ ·g·dl· dw 当dP=dQ时，土颗粒处于平衡状态 当dp=dQ时，单元土体处于悬浮状态，发生流土。 此时渗流的水力梯度为临界水力梯度Icr 。 即有：?w·g · dw · dh = ?’ ·g·dl· dw dh/dl= ?’ / ?? Icr = dh/dl = ?’ / ?? Icr= ?’ =(?s-1)(1-n)…… 太沙基公式 这是一般应用的松散砂质土产生流土的临界水力梯度计算公式。 从上式可以看出，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、土体结构特征－抗渗强度 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。 1.粗细颗粒直径比例 只有当土中细颗粒的粒径d小于粗颗粒的骨架孔隙直径d0时,才能发生潜蚀， 据研究其最优比为：d0/d=8 d0 ：孔隙直径 d：细颗粒直径 D：粗颗粒直径 一般天然无粘性土均为混粒结构,其孔隙率多为 n=0.395，大颗粒粒径D与其孔隙d0比为D / d0 =2.5,所以有利于发生潜蚀的粗细粒径比为D/d=20。 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，渗透变形广泛 当排列密实时， D / d0 增大， D/d增大，渗透变形不广泛 2.细颗粒的含量 实验资料证实:当细粒含量达20%--30%.产生渗透变形所需的水力梯度值急剧增大。水利水电科学院在试验基础上提出用细颗粒含量?来判别天然无粘性土分布曲线为双峰型（颗粒分布曲线具两峰点，峰点点有一明显“断裂点）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、细颗粒的不均匀系数较小的砾土，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。 另外，只有较多量的粗大颗粒构成骨架，才能形成直径较大的孔隙，才能产生潜蚀。 3.土的级配特征：土的级配特征可用土的不均粒系数Cu表示（Cu=d60