工程地質(zhì)學(xué)第十章滲透變形工程地質(zhì)深入研究

1、工程地質(zhì)學(xué)第十章滲透變形工程地質(zhì)深入研究10.1 概述10.2 滲透變形產(chǎn)生的條件10.3 滲透變形的類型及判別10.4 臨界水力坡度的確定10.5 實際水力坡度的確定10.6 壩基滲透穩(wěn)定性評價10.7 滲透變形的防治本章主要內(nèi)容：10.1 概述 一、基本概念 1、滲流：地下水在巖土空隙中的運動。2、滲透壓力：滲透水流作用于巖土上的力，稱為滲透壓力，又稱為動水壓力。3、滲透變形（滲透破壞）：當(dāng)滲透壓力達(dá)到一定值時，巖土中一些顆粒甚至整體就會發(fā)生移動而被滲流帶走，從而引起巖土的結(jié)構(gòu)變松，強度降低，甚至整體發(fā)生破壞，這種現(xiàn)象稱為滲透變形。4、滲透變形一般發(fā)生在砂土和粉土中，在河流兩岸及大壩建設(shè)中

2、引人關(guān)注。堤 岸 1998年長江洪水險情以滲流險情最為普遍，沿長江6000余處險情中就有400余處屬滲流險情。其中管涌被視為險中之險。 一般來說，長江中下游平原沖積地層，上面是粘性土；往下是粉砂、細(xì)砂等，砂層間也有粘性土夾層的，再往下則是砂礫及卵石等強透水層，在河床中露頭與河水相通。 在汛期高水位時由于滲水流經(jīng)強透水層壓力損失很小，堤內(nèi)數(shù)百米范圍內(nèi)粘土層下面仍承受很大的水壓力，如果這股水壓力，沖破了粘土層，下面的粉砂、細(xì)砂就會隨水流出（在沒有反濾層保護(hù)的情況下），從而發(fā)生管涌。 二、研究意義 2003年7月1日凌晨4時，正在施工中的上海軌道交通4號線（浦東南路至南浦大橋）區(qū)間隧道浦西聯(lián)絡(luò)通道發(fā)

3、生滲水，隨后大量流沙涌入，引起地面大幅沉降。上午9時左右，地面建筑物中山南路847號一幢八層樓房發(fā)生傾斜，其裙房部分倒塌。由于報警及時，所有人員提前撤出，無人員傷亡。 10.2 滲透變形產(chǎn)生的條件1、存在可能被滲流帶走的松軟土石2、滲流的動水壓力條件 圖1 滲透壓力示意圖(圖1)3、存在滲流出逸的臨空條件 滲流出口處無適當(dāng)保護(hù)或直接臨空，易于土的松動和懸浮。 最典型的滲流出逸的臨空條件是壩（堤）后河床、排水溝、沖溝等低洼部位。10.3 滲透變形的類型和判別10.3.1 滲透變形主要類型1、管涌（潛蝕）2、流土3、接觸沖刷4、接觸流失1、管涌（潛蝕）作用潛蝕：指巖土體中由于滲透水流的沖刷作用，將

4、其中細(xì)小顆粒沖 走帶出的現(xiàn)象。潛蝕的危害：使巖土體結(jié)構(gòu)松散空隙率增大強度降低形成空洞地基巖土體破壞易發(fā)生潛蝕的地層粉細(xì)砂、粉土地層(施工降水時極易發(fā)生)軟弱夾層 泥化夾層 斷層破碎帶劇、強烈風(fēng)化帶可溶鹽類物質(zhì)膠結(jié)巖層潛蝕分類機械潛蝕化學(xué)潛蝕生物潛蝕充填于砂基大顆粒之間的小顆粒，在滲透水流形成動水壓力的作用下，隨滲透水流運動，常在壩基下游產(chǎn)生“砂沸”現(xiàn)象，形似管涌，亦稱“機械潛蝕”。在基巖地區(qū)，若裂隙被可溶性鹽(如石膏、方解石等)充填，或裂隙充填物為可溶鹽膠結(jié)時，由于地下水的化學(xué)溶蝕作用和水流水壓力的作用，往往形成“化學(xué)潛蝕”。此外，穴居動物(如各種田鼠，獾、蚯蚓、螞蟻等)有時也會破壞土體結(jié)構(gòu)，

5、若在堤內(nèi)外構(gòu)成通道，亦可形成管涌，或謂之“生物潛蝕”。如我國的黃河大堤就曾出現(xiàn)過這種現(xiàn)象。機械潛蝕指：由滲透水流的動水壓力沖走細(xì)小顆粒產(chǎn)生條件單位動水壓力或潛蝕處的細(xì)小顆粒的浮重度；滲透水流的水力坡度產(chǎn)生潛蝕的臨界水力坡度Ic(G1)(1n)0.5nIc 臨界水力坡度G 土顆粒密度n 土的孔隙度(小數(shù))分為發(fā) 展 型非發(fā)展型管涌形成過程滲流出口處侵蝕成孔洞孔洞不斷溯源發(fā)展巖土體滲透變形（結(jié)構(gòu)變松、強度降低）滲流力土顆粒被帶走潛蝕發(fā)生水流集中管道形成單位動水壓力滲流滲透途徑減短、水力梯度增大的水流向其集中管涌形成2. 流土 現(xiàn)象易發(fā)生巖土環(huán)境 粉細(xì)砂和粉土地層一 般 現(xiàn) 象 粉細(xì)砂土層被水飽和后

6、產(chǎn)生整體流動產(chǎn)生條件水力坡降臨界水力坡降土的孔隙度越大，越易產(chǎn)生流砂現(xiàn)象滲透系數(shù)越小，排水性能越低，愈易形成流砂危害影響開挖工作面上的施工影響開挖工作面附近地面建筑物的穩(wěn)定倒塌的樓房位于上海中山南路，這是正在施工中的地鐵4號線（浦東南路至南浦大橋）區(qū)間隧道浦西聯(lián)絡(luò)通道發(fā)生大量流沙涌入，引起地面大幅沉降所致。3.接觸沖刷 滲流沿著滲透系數(shù)相差懸殊的兩種土層接觸面帶走細(xì)顆粒的現(xiàn)象叫做接觸沖刷。4.接觸流失 滲流垂直滲透系數(shù)相差懸殊的兩種土層接觸面運動是，將細(xì)粒土層的顆粒帶到粗顆粒土層中得現(xiàn)象叫做接觸流失。10.3.2 滲透變形類型的判別1、管涌和流土的判別 北京水利水電科學(xué)研究院提出以土體中得細(xì)粒含量作為判別依據(jù)，對于不均勻系數(shù)Cu5的不連續(xù)級配土，其判別式為：Pc35% 流土Pc25% 管涌25%PcJy