第十章 渗透变形工.ppt

第十章 渗透变形工程地质研究 第一节 慨述 1、渗流：地下水在岩土空隙中的运动。 2、渗透压力：渗透水流作用于岩土上的力，称为渗透压力，又称为动水压力。 3、渗透变形（渗透破坏）：在当渗透压力作用下，岩土中部分颗粒甚至整体发生移动，引起岩土体变形破坏的作用和现象。 4、渗透变形一般发生在砂土和粉土中，在河流两岸及大坝建设中引人关注。 研究意义 堤 岸 矿山及地下工程 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。  第二节 渗透变形的类型与特点 渗透变形主要类型 1、管涌（潜蚀） 2、流土 3、接触冲刷（接触管涌） 4、接触流失 （接触管涌） 一、管涌（潜蚀） 潜蚀：指岩土体中由于渗透水流的冲刷作用，将其中细小颗粒冲走带出的现象。机械潜蚀、化学潜蚀、生物潜蚀 潜蚀的危害：使岩土体结构松散→空隙率增大→强度降低→形成空洞→地基岩土破坏。 易发生潜蚀的地层： 不均匀砂层、砂卵石层 根据渗透方向与重力方向的关系： 垂直管涌 水平管涌 二、 流土 在渗流作用下，土体中的颗粒群或团块同时发生移动的现象。 易发生岩土环境 — 均质砂土层和粉土地层 危害 1、影响开挖工作面上的施工 2、影响开挖工作面附近地面建筑物的稳定 三、接触管涌（按渗流方向与接触面关系） 平行接触管涌 渗流沿着渗透系数相差悬殊的两种土层接触面流动时，带走细颗粒的现象（接触冲刷）。 垂直接触管涌(接触流失） 渗流垂直渗透系数相差悬殊的两种土层接触面运动时，将细粒土层的颗粒带到粗颗粒土层中的现象叫做接触流失。 第二节 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，当动水压力达到岩土的抗渗强度时，产生渗透变形。 岩土的抗渗强度和动水压力是决定能否产生渗透变形产生的基本条件。 一、渗流的动水压力及临界水力梯度 动水压力：单位体积土层所受的渗透压力 动水压力表达式 设单元土体底面积为dω，沿渗流途径的长度为dL，单元土体上下界面的水头差为dh，则此单元土体所受的水压力为dP，单元土体的水下重量为dQ,可推出： dP= ?? · g·dh· dω 当dp=dQ时，单元体处于临界悬浮状态，即将发生流土。 此时渗流的水力梯度为临界水力梯度Icr Icr=dh/dl= ?’ / ?? Icr=(Ps—1)（1—n） 太沙基公式 土粒密度越大， n 越小， Icr 越大，土体越不容易发生渗透变形。 工程中常用Icr评价土是否会因水向上渗流而发生渗透破坏。 太沙基公式未考虑土的强度性质（C，Φ），实测的Icr比计算的大。 3.土的级配特征：不均匀系数Cu=d60/d10 三、宏观地质因素（一）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、多层型： 主要取决于表层粉土、粘性土的性质、厚度、完整程度。 除考虑表层粘性土层外，还考虑砂砾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 二、确定土体中各点的实际水力梯度 理论计算法、流网图解法 水电比拟法、观测法 理论计算法 坝基土层为双层结构，厚度稳定、透水性均一 坝后平均水力梯度Icr 见P172 公式10-7 10-8 思考题 潜蚀、流土、 接触冲刷、接触流失 据渗透方向与重力的关系管涌分为哪两种？ 渗透变形产生的基本条件是那两个？ 粘性土能产生管涌吗？ 当水流向上渗透时，工程中常用什么指标评价土是否发生渗透破坏？ * * 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。 在汛期高水位由于粘土层下面承受很大的水压力，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。 管涌土的水动力条件较为复杂，Icr通过图表、试验测定。 二、土的抗渗强度——结构特性 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=0.395 D/ d0