渗透变形的工程地质分析.pptx

第八章 渗透变形的工程地质分析; 凡有渗流就有渗流力或称水动压力。渗透压力达到一定值时，土中的某些颗粒就会被渗透水流携带和搬运，这种地下水的侵蚀作用称为潜蚀。潜蚀包括机械潜蚀和化学潜蚀。 机械潜蚀作用：指渗流的机械冲刷力把细小的土颗粒携走，而较大的颗粒仍留在原处。 化学潜蚀作用：指当土中含有可溶盐类的颗粒或胶结物时，水流溶蚀了它们，使土的结构变松，孔隙度增大，水流的渗透能力加强。 机械潜蚀和化学潜蚀一般是同时进行的，且二者是相互影响、相互促进的。 ; 潜蚀使得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或现象称之为渗透变形或渗透破坏。 强烈的渗透变形会在渗流出口处侵蚀成孔洞，孔洞又会促使渗透途经已经缩短、水力梯度有所增大的渗流向它集中，而在孔洞末端集中的渗透水流就具有更大的侵蚀能力，所以孔洞就不断沿最大水力梯度线溯源发展，最终形成一条水流集中的管道，由管道中涌出的水携带较大量的土颗粒，即管涌（piping）。是由潜蚀强烈发展而出现的一种特有的不良地质作用，往往形成地质灾害。 ;管涌破坏示意图 （a）斜坡条件时 （b）地基条件时 1-管涌堆积颗粒； 2-地下水位； 3-管涌通道； 4-渗流方向; 渗透水流通过一系列特有的作用过程，使土体中某些颗粒松动、脱离、被水携带和搬运，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。这些作用包括： （1）淋蚀或渗流侵蚀 当土层中细小颗粒小于与之呈互层状产出的砂、砾层中的孔隙，则细小颗粒可被渗透水流所携带，并穿过这些孔隙通道而被搬运走。土中的细微裂缝、虫孔、兽穴、根孔等大孔洞也可成为地下水流搬运细小颗粒的通道。这种渗透水流的选择性侵蚀，可能是土中管道开始形成的主导方式。;（2）渗流面蚀 饱水敏感土于斜坡面出露，集中渗流可携带其出口处的土粒顺流而下将之搬运走，于是出口处首先形成一凹入龛并累进性切入坡内，逐步发展为一个地下管道。使渗流流线聚敛的因素有地形、岩性或细微裂隙等。 （3）孔道冲刷 土或易蚀基岩中的孔洞或管道开始形成之后，通过这类孔道流动的集中水流即可冲刷孔道壁、冲走可由壁上脱落下来的颗粒而使孔道不断扩大。 管涌可以多种方式出现，如流面管涌，土裂隙管涌、虫穴管涌等。在自然条件下，潜蚀和管涌可以在干旱区黄土中形成地下洞穴，也可在红层中形成洞穴。洞穴末端陷落即形成落水洞，而当大部分顶拱塌落即形成残留有“天生桥”的深冲沟等。这些地貌形态组合类似于喀斯特，故一般称为假喀斯特。; 渗透变形一般发生在无粘性土和粉土中。 渗透危害: 1、基坑开挖出现流砂的现象 2、水坝坝基管涌 ; 由于工程活动所引起的潜蚀和管涌更为常见。如开挖深基坑或采矿竖井穿过饱水粉细砂层，在基坑或竖井中大量排除地下水，造成坑(井)内与边壁之间的大水头差，地下水层便会携带大量砂土由边壁涌入坑(井)之中，这就是工程中通称的流砂(qllick sand)。;管涌更多的与修建堤坝相联系; 斜墙砂壳坝，坝基表面为厚约1.0m的淤泥质亚粘土，其下为渗透性强的砂砾石层，厚10～15m.出险段坝高仅18m，上游未做铺盖，下游亚粘土层既未挖除也未加反滤压重，当坝前水深升高到7.5m时，下游坝脚处20m范围内即广泛出现孔径3～5mm的小泉，两个月后坝前水深增到11m，泉数减小但有些泉孔径变大，最大者直径达10cm，流出的水中也开始有灰黄色淤泥。次日水深达12.3m，坝外3～6m范围内多处向外涌水，涌水口孔径大者达15cm，且翻水冒泥，流量也不断增大。此后不得不降低库水位，但涌水孔径仍继续扩大，冒水高度增高，表明上下游之间已经形成连通的集中渗流管道，即潜蚀已发展成管涌。只好采取“围井”措施，即在涌水孔周围围以土堤，但随围井升高涌水也升高。两天后库水位虽已降至11.2m，围井却已高达8.3m，流量达1m3/s而无法制止，只好由潜水员在上游找出进水口并以砂带堵塞，这样下游涌水才基本停止。渗透水流由坝基带出泥砂总计达2000m3，经开挖检查，上下游均挖出渗流通道。;渗透变形也可以分为以下几种类型： 潜蚀：即土体中一部分小颗粒被渗透水流携出，较普遍发生在不均质砂层中 流土：即土体表层某一部分土粒在垂直土层的渗透水流作用下全部浮动和流走。常发生在大坝下游坡脚有渗透水流逸出的土层中 接触流土：即渗透水流近于垂直土层运动，当由颗粒粗细相差悬殊的细粒土进入粗粒土中时，细粒土被水流带入粗粒土中 接触冲刷：渗透水流方向与土层平行，细粒土与粗粒土接触面上的土粒受粗粒土中流速较大的水流所冲刷并被它带走。;土体内聚力和内摩擦力随