专题四 岩土体的渗透稳定问题.ppt

专题四 岩土体的渗透稳定问题 一、渗透破坏形式 1、管涌。在渗流作用下，土体的细土粒在粗土粒形成的孔隙通道中发生移动并被带出的现象。主要发生在内部结构不稳定的砂砾土中。 1、反滤倒渗 2、反滤围井 3、蓄水反压 * * 渗透：水在岩土体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。 渗透变形：是指土体或岩体在渗透水流作用下，其颗粒发生移动或被带出、颗粒的成分及土的结构发生变化的现象。 必要的说明： ①既可产生于土体，也可产生于岩体（破碎带、软弱和泥化夹层、全强风化带）； ②既有化学溶蚀（溶解、阳离子交换），也有机械潜蚀（颗粒移动、结构破坏）； ③坝基、堤基、基坑、边坡、围岩中均可发生。 通过坝基的管涌示意图 坝基管涌失事示意图 2、流土。在上升流作用下，动水压力超过土重度时。土体的表面隆起、浮动或某一颗粒群的同时起动而流失的现象就称为流土。流土主要发生在渗流出口无任何保护的部位。发生于粘性土、粉土及互层状土体。 发生于砂土中时，所有颗粒同时处于悬浮状态，而管涌只在小泉眼处出现细颗粒的跳动。 河堤下游覆盖层下流砂涌出的现象 管涌与流土的区别 ①管涌只发生在砂性土中，而流土在砂性土和粘性土中均可发生； ②流土只发生在渗透水流上升区（逸出处），而管涌在渗透水流逸出处、入渗处和渗流区（地基土内部）均可发生； ③产生管涌的土体较松散，颗粒大小不一，且粘结力弱，而产生流土的土体较密实，颗粒大小均一，且具有一定的粘结力。 3、接触冲刷：当渗流方向平行两种渗透系数不同的土层接触面或建筑物（含基础）与地基的接触面时，沿接触面带走细颗粒的现象。诸如建筑物与地基、土坝与涵管等接触面流动促成的冲刷。 4、接触流失：在层次分明、渗透系数相差悬殊的土层中，当渗流垂直于层面将渗透系数小的土层中的细颗粒带到渗透系数大的土层中的现象。 二、渗透变形产生的条件 根据渗透破坏的机理，可将条件分为两种类型：其一是动水压力和土体结构，他们是产生渗透变形的必要条件；另一类是地质条件和工程因素，可称为充分条件。 （一）渗流动水压力和临界水力坡度的概念 渗透压力：是渗透水流作用在单位土体上的压力，方向与渗流方向相同。其大小主要与渗透水流的水力坡降和水的容重有关，即： ——动水压力 ——水的容重 ——渗透水流的水力坡降 水力坡度：为水流沿渗透途径的水头降落值与相应渗透途径长度的比值（ , 为水头差， 为渗流距离） 临界水力坡降就是渗透水流使土体刚刚发生渗透变形时具有的水力坡降。 ——临界水力坡降 ——土的浮容重 ——土的孔隙度 ——土粒比重 一般情况下，当渗透水流的实际水力坡降值大于土体的临界水力坡降时，则将产生渗透变形； 反之，若渗透水流的实际水力坡降值小于土体的临界水力坡降时，则不会产生渗透变形。 在实际应用中，因考虑到土体具有一定的粘结强度，故临界水力坡度计算公式修正为 （二）土的抗渗强度 土体抗渗强度一般指土体抵抗渗透破坏的能力，是评价土体和水工建筑物渗透稳定的主要依据。土体抗渗强度的大小主要受土中颗粒级配及细粒物质的含量的影响。 (1)粗细粒径的比例。研究表明，土体易于发生管涌的粗细粒径比例为D60／d10＞20。土越疏松，细颗粒物质在孔隙中随渗流运动越容易。 (2)细颗粒的含量。 当细颗粒含量35％时，渗透破坏类型为流土型 当细颗粒含量25％时，则为管涌型； 当细颗粒含量在25％～35％之间时，流土和管涌均可能发生，且主要取决于碎石土的密实程度及细颗粒的组成，相对密度Dr＞0.33、细颗粒不均匀系数 较小的砾石类土，一般发生流土，反之则为管涌。 细颗粒成分中粘粒含量增加可增大土的内聚力，从而增大土体的抗渗强度。 (3)土的颗粒级配。土的级配用不均匀系数Cu表示。 当Cu＜10时，渗透变形的主要形式为流土； 当Cu＞20时，主要形式为管诵； 当Cu在10～20之间时，流土和管涌均可能发生。 临界水力坡度与不均匀系数的关系可用下图表示。 临界水力坡度与土不均匀系数关系曲线 (三)地质条件对渗透变形的影响 (1)地层分布特征。单一的砂砾石层，以管涌型渗透变形为主。对于双层及多层结构的土层，渗透变形取决于表层粘性土的性质、厚度和分布范围。若粘性土层厚且分布范围大，尽管下卧砂砾石层水力梯度大，也不易发生渗透变形。 (2)地形地貌条件。沟谷深切影响了渗流的补给条件、渗径长度和出口条件，尤其是坝基上、下游的沟谷将表土层切穿，则有利于渗流的补给．并使渗径缩短而增大水力梯度；若下游地下水逸出段的渗流出口具有临空条件，则有利于渗透变形的发生。 (四)工程因素 工程因素对渗透变形的影响主要包括大坝和汲水井的渗流出口条件、库水位的骤降、施工