第七章渗透变形要点分析.ppt

第七章 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 二、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。 三、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。 根据渗透方向与重力方向的关系： 垂直管涌： 水平管涌： 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：在渗透作用下，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。 一、渗流的动水压力及临界水力梯度 渗透压力：dP=d?·?? ·dh ·g 动水压力（D）：单位体积土层所受的渗透压力 水下重量dQ=dW-dF=(?sat- ?? )·g=?’ ·g·dl· d? 当dP=dQ时，土颗粒处于平衡状态 粘滞力、摩阻力 当dp=dQ时，单元体处于悬浮状态，发生流土。 此时渗流的水力梯度为临界水力梯度Icr 。 d?·?? ·dh · g= ?’ ·g·dl· d? dh/dl= ?’ / ?? Icr=dh/dl= ?’ / ?? 取??=1t/m3 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。 二、土体结构特征－抗渗强度 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 最优比例：d0/d=8 d0 ：孔隙直径 d：细颗粒直径 D：粗颗粒直径 天然无粘性土 n=0.395 D/ d0 =2.5 ?D/d=20 有利于管涌 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 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、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。 3.土的级配特征：不均匀系数Cu=d60/d10 Cu10 流土 Cu20 管涌 Cu:10~20 流土或管涌 对砾质土不适用 三、宏观地质因素 1.地层组合关系：（单一型、双层型、多层型） 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 2.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 四、工程因素 施工等破坏了表层具有防渗作用的弱透水层。 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.确定土体中各点的实际水力梯度，尤其是最大水力梯度 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、渗透类型的确定 1.粗细颗粒比例 2.细粒物质含量 3. 土的级配 Ⅰ——瀑布式：管涌； Ⅱ——直线式：流土 Ⅲ——阶梯式：管涌或流土 三、实际水力梯度的确定 实际水力梯度的确定比较复杂，目前的方法有 理论计算法 流网图解法 水电比拟法 地下水动力学 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： 一般砂土：m＝1.5~3.0 粘性土：m＝2.5~4.0 五、渗透变形可能性判定 I实I允 发生渗透变形 I实I允 不发生渗透变形 一、防治原则 1.改变渗流的水动力条件，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、截水槽、混凝土防渗墙 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） * *