土石渗透变形的产生条件.pdfVIP

渗透变形工程地质研究 成都理工大学 9.1 基本概念及研究意义 渗透压力 渗透水流作用于岩土上的力，称渗透压力J或动水压力。 由力的平衡条件：  h A  h A  J w 1 w 2 J  hA w j  J / AL  hA / AL  I w w 9.1 基本概念及研究意义 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。 9.1 基本概念及研究意义 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。 W W 1 1.0 2 0.9 0.8 3 0.7 0.6 W 0.5 0.4 0.3 0.2 (a) 0.1 (b) 由渗流出口潜蚀发展为管涌的过程中流网的变化和管道集水区的扩大 （a）初始状态；（b）管涌溯源发展 1-管道集水区宽度；2-等压线；3-流线 渗透水流作用过程 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，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，这些作用包括以下几 种。 （1）淋蚀（eluviation）或渗流侵蚀（seepage erosion） 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。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。 渗透水流作用过程 （2）渗流面蚀（seeface erosion） 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（tunnel scour） 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。 工程活动所引起的潜蚀和管涌 （1）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