专题四 岩土体的渗透稳定问题
土的渗透性及渗透稳定
水力梯度:单位流程总水头的变化
注意：
水头的大小随选取的基准面不同而不同； 最关心的不是水头而是水头差； 水在土中的渗流是从高水头向低水头流动。
二、饱和土的渗透规律-----Darcy定律
（一）渗透定律 法国学者达西(Darcy),砂土实验结果（1852-1856） 渗透速度与水头梯度成正比：
Q= K h1 h2 A =kiA
L
或 v=ki
式中：v—渗透速度(cm/s)； i—水头梯度； k—渗透系数(cm/s)； Q—渗透流量(cm3/s)
A—截面积。
Darcy渗透定律
（二） Darcy定律适用范围
达西定律只适用于层流
适用于中砂、细砂、粉砂等
粗砂、砾石、卵石等粗颗粒土不适合。
dQ=-adh
另外 dQ=kiAdt=k (h/L) Adt
流入和流出相等：
-adh= k(h/L)Adt 即
dt aLdh kAh
整理并积分得
由此求得渗透系数：
（二）现场试验法 粗颗粒土或成层的土，室内试验时不易取得原状土样； 小土样不能反映天然土层的结构性。 现场方法：野外注水试验和野外抽水试验等
u 2 w h2 w (h1 L h)
的表达式都同前。 根据试样受力平衡条件得到 ，
u1 w
sat L w h1 w h1 w L w h
、
( sat w ) L w h
L wh
适用条件
砂性土
哈赞 （Hazen）
上式适用于中等 密实砂，下式适 于土的有效粒径 0.1~3mm， Cu<5时的松砂 。
太沙基 （Tazaghi ） 水利水电工 程地质勘察 规范 GB50287-
岩石稳定性和渗透性
岩石稳定性和渗透性1.稳定性在钻探、矿山掘进和其他岩土作业过程中,岩体被打开后长时期保持初始状态的能力称为岩石的稳定性。
它反映的是在钻进过程中压力和破碎作用下岩体保持孔壁完整性的能力。
岩石的稳定性与地层条件、岩石颗粒间的连接特征、裂隙性和风化程度有关。
对钻探作业而言,应力集中最严重的区域是孔壁周边的岩石。
在弱稳定性岩石中钻进时,孔壁会发生破坏(崩落,坍塌,膨胀),岩心采取率下降,钻头的非正常磨损量增大,因处理孔内复杂工况损失很多时间而使钻探效率(台月效率)明显降低。
岩石的稳定性评价是选择钻进方法、取心工具、规程参数和设计钻孔结孔壁加固方法,以及制定事故预防措施所必需的。
正确评价岩石的稳定性有利于预测钻进过程中可能出现复杂情况的区段,更好地保护孔壁岩石免受来自地压、冲洗液和钻具振动等因素的影响。
全俄勘探技术研究所提出了岩石的稳定性分级表,其依据是岩石的裂隙性、可钻性和颗粒胶结物的类型(表2-27)。
其中：第Ⅰ组岩石,不要求采取专门技术措施来加固孔壁。
第Ⅱ组岩石,在遵守规定的工艺措施条件下也能保持稳定性,这些措施包括:使用专门的冲洗液、润滑剂,限制起下钻具的速度和其他措施第Ⅲ组岩石,要求在钻穿该孔段后,用套管和水泥灌浆来加固孔壁。
第Ⅳ组岩石,必须采用专门的工艺手段来钻进(例如,使用超前钻探或边钻边加固的办法)。
2.渗透性岩石的渗透性(或吸水性)是另一个与岩石的稳定性和裂隙性密切相关的重要性质。
渗透性反映了液体(包括地下水和冲洗液)在压力差作用下从岩石中渗透的能力。
吸水性是在大气压力和室温条件下,干岩石泡在水里时吸水的能力岩石如果具有明显的吸水性将导致钻进过程复杂化,必须采取特殊的工艺方法。
岩石的渗透性(或吸水性)主要取决于岩石中是否存在着裂纹、孔隙、空洞和卡斯特溶洞。
根据裂纹张口的大小(6)可分为超毛细现象孔隙(8>0.5mm),毛细现象孔隙(0.5~0.002mm)和弱毛细现象孔隙(δ<0.002mm)。
项目4 土的渗透性及渗透变形防治
n
i
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2.3.2 垂直渗透系数 qy k1 k2 k3 q1y H1 根据水流连续定理，通过整个土层 的渗流量等于通过各土层的渗流量
qy q1y q2 y qny
q2y H2 H
q3y H3
各土层的相应的水力坡降为i1、 i2、…、in，总的水力坡降为i
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流土发生于地基或土坝下游渗流出逸处，不发生于土体内部。开 挖基坑或渠道时常遇到的流砂现象，属于流土破坏。细砂、粉砂、 淤泥等较易发生流土破坏。
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1.2.2 管涌——在渗流作用下，无粘性土中的细小颗粒通过较大颗 粒的孔隙，发生移动并被带出的现象。
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2.2变水头试验————整个试验过程水头随时间变化
截面面积a
适用于透水性差，渗透系数 小的粘性土 任一时刻t的水头差为h，经时段 dt后，细玻璃管中水位降落dh， 在时段dt内流经试样的水量 dV=－adh 在时段dt内流经试样的水量 dV=kiAdt=kAh/Ldt 管内减少水量＝流经试样水量
i < icr :土体处于稳定状态
i > icr :土体发生流土破坏 i = icr :土体处于临界状态
工程设计：
i cr i i Fs
[ i ] : 允许坡降 Fs: 安全系数1.5~2.0
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1.3.2 管涌的临界水力坡降
k y iA k1i1 A k 2i2 A k n in A
总水头损失等于各层 水头损失之和
土石坝渗透及稳定性分析探讨
土石坝渗透及稳定性分析探讨摘要:渗流问题是土石坝安全的关键,渗流控制是土石坝建设的重中之重。
在渗流控制措施上,随着渗流控制理论的发展,由原来的以防为主逐渐向防渗、排渗和反滤层三者相结合。
本文从土石坝渗漏问题、防渗措施、有限元渗流场计算的基本数学模型三个方面进行介绍。
关键词:土石坝渗透稳定性随着我国水利水电建设的快速发展和“西电东输”水电项目的实施,众多高土石坝的建设被提上了日程,特别在深厚覆盖层河谷,地质条件差,地震烈度高,多数坝高较大(尤其200m以上)的大坝选择或拟选择建土石坝。
渗流和渗透控制是土石坝工程中的一项极其重要的课题,直接关系到工程的安全和投资。
土石坝施工简便,地质条件要求低,造价便宜,并可就地取材且料源丰富,是水利水电工程中极为重要的一种坝型。
土石坝坝体用散粒材料填筑,挡水后上下游的水头差引起了水流渗过坝体、坝基及两岸坡向下游排出。
由于勘测设计缺陷、施工不良、管理运行不当以及渗流、地震等,都会使土石坝体及其坝基发生缺陷病害,甚至垮坝失事。
在土石坝中,坝体和坝基的渗漏较为频繁,许多中、小型病库,就是因为坝身、坝基等产生渗漏造成险情。
一、土石坝渗漏问题(一)坝基渗漏。
坝基渗漏主要有以下两种渗漏方式:一是铺盖裂缝产生的渗漏。
铺盖裂缝一般是由于施工时防渗土料碾压不严,达不到所要求的容重或铺土时含水量过大, 固结时干缩而产生裂缝;或基础不均匀沉陷时铺盖被拉裂;或铺盖下没有做好反滤层,水库蓄水后在高扬压力下被顶穿破坏;也有施工时就近取土,破坏了覆盖层作为天然铺盖的防渗作用。
二是心墙下截水墙与基础接触冲刷破坏。
截水墙与基础的接触边界是最容易形成渗流通道的薄弱环节。
在截水墙下游与基础接触边界处设置反滤层失效,导致接触冲刷,坝体和基础土料被带走,就会造成坝体严重破坏。
(二)坝身渗漏。
土石坝常因斜墙、心墙等防渗体裂缝形成渗流的集中通道,导致管涌的发生,甚至引起坝体的失事破坏。
具体地讲有以下几种情况:一是心、斜墙裂缝漏水。
岩土工程中的土体稳定性分析与处理研究
岩土工程中的土体稳定性分析与处理研究岩土工程是土力学、工程地质和岩土力学等学科交叉的综合性工程领域，涉及到土体的力学性质、水文特性、稳定性和工程应用等方面。
土体的稳定性分析与处理在岩土工程中占据了重要地位，对工程的安全可靠性起到关键作用。
本文将对岩土工程中的土体稳定性分析与处理进行研究探讨。
一、土体稳定性分析的重要性在岩土工程中，土体稳定性分析的重要性不可忽视。
土体稳定性指的是土体在外力作用下保持稳定的能力，包括抗剪强度、抗压强度和抗抗拉强度等方面。
土体的稳定性影响着工程的安全性和稳定性，因此对其进行分析与处理十分必要。
二、土体稳定性分析的方法土体稳定性分析的方法主要包括实验室试验和数值分析两种途径。
实验室试验是通过设计和进行力学试验来模拟土体的力学性质和稳定性，其中包括剪切试验、三轴剪切试验等。
该方法可以直观地获得土体的力学性质和稳定性参数，并用于工程设计和施工过程中。
数值分析是基于经验和理论模型的计算模拟，通过数值方法求解土体稳定性的问题。
数值模拟方法可以在较短时间内获得更多的参数和结果，并且可以探索不同土体参数的影响。
三、土体稳定性分析的处理方法当土体存在稳定性问题时，需要采取相应的处理方法进行修复或加固。
1. 坡面处理对于有坡度的土体，坡面处理是常见的一种处理方法。
具体有植被覆盖、喷涂保护层等方法，以增加土体的稳定性和抗冲刷能力。
2. 加固处理加固处理是改善土体稳定性的重要手段。
可以采用土工合成材料，如地工布、土工格栅等，增加土体的强度和稳定性。
此外，还可以采用钢筋混凝土等材料进行加固。
3. 排水处理土体的排水性能是影响土体稳定性的重要因素之一。
通过改善土体的排水性能，如设置排水沟、排水管道等，可有效提高土体的稳定性。
四、岩土工程中土体稳定性的进一步研究随着科技的进步和工程领域的不断发展，对土体稳定性的研究也在不断深入。
未来的研究可以集中在以下几个方向：1. 新材料的应用研究新材料在土体稳定性处理中的应用效果，如纳米材料、生物材料等，以提高土体稳定性的效果和可持续性。
岩体的渗透特性解读
2.2
岩体的渗透性：
岩土体的渗透性
(3)岩溶介质渗流：岩溶介质渗流是岩体渗流最复杂的一种形式，由 于受岩溶的发育规律所控制，岩溶的渗流具有间歇性、隐伏性、封 闭性和地下水系等特点。 岩溶介质渗流的复杂性主要表现在以下三个方面： ①多循环系统共存 这是岩溶介质渗流最突出的特点之一。如一个 泉眼可能是一个循环系统的排泄点，也可能是几个循环系统的排泄 点。同时，单个系统在空间上可以相互交叉。 ②裂隙性渗流与管道型渗流共存。 ③多种渗流特征参数共存。
2.3
坝基渗透稳定性分析
现场渗透变形试验对于砂砾石土类有堤坝式、围堰式、现场试件式 等，以堤坝式较好。 如坝基下不深处有粘土隔水层， 则可使隔水墙嵌入粘土层，将试
验砂砾层全部封闭起来（图210）。如粘土层很深，可用半封 闭或不封闭堤坝式（隔水墙深为 设计水头的1/2）。试验坝的底宽 和长度分别为设计坝的1/100和 1/200。
在大坝靠上游面的地基中，平行坝铀线打一排或几排钻孔，在 高压下将水泥等浆液压入基岩的裂隙或断层破碎带中，待凝固后 就形成一道隔水的屏幕，称为防渗帷幕。帷幕的深度、厚度、灌 浆孔距、排距、灌浆压等参数，应根据水文地质工程地质条件、 建筑物规模及其防渗要求综合考虑，最好由现场灌浆试验确定。
图2-13 砂砾石坝基防渗 处理示意图
2.3
坝基渗透稳定性分析
现场试验也是逐级升压，逐级稳定，并经历试验与逐级减压两个阶 段。一般在每级压力下要稳定2～3h，所以试验历时较长。试验结束， 绘制流量与压力关系曲线或1gI~1gv关系曲线，以曲线转折点求出I。 （图2-12）
2.4
渗透变形的防治措施
控制坝基及地基的渗流，其主要任务可归结为三点： 一是尽量减少渗漏量； 二是提早释放渗透压力，保证地基与水工建筑物有足够的静力稳定 性； 三是防止渗透破坏，保证渗透稳定性。源自2.2 岩体的渗透性：
土的渗透性及渗透稳定确定
§2-2 达西定律及其适用范围
可以用粒径来描述Darcy定律的范围
层流（线性流） ——大部分砂土，粉土；疏松的粘土及砂性较 重的粘性土
两种特例
上限：粗粒土 v>vcr
①砾石类土中的渗流不符合达西定律 ②砂土中渗透速度 vcr=0.3-0.5cm/s
下限：粘性土
致密的粘土 i>i0, v=k(i - i0 )
2.毛细网状水带
位于毛细水带的中部
3.毛细悬挂水
位于毛细水带的上部
土中毛细现象
第二章 土的渗透性及渗透稳定 §2-1 土的毛细性
二、毛细压力
毛细压力：土粒接触面上存在毛 细水，由于土粒表面的润湿作用，使 毛细水形成弯面。在水和空气的分界 面上产生表面张力是沿弯液面切线方 向作用，它促使土粒互相靠拢，在土 粒接触面上产生压力，称为毛细压力
水井渗流
Q
天然水面
不透水层
透水层 渗流量
第二章 土的渗透性及渗透稳定
渠道渗流
原地下水位
渗流量
渗流时地下水位
第二章 土的渗透性及渗透稳定
渗流滑坡
渗流滑坡
第二章 土的渗透性及渗透稳定
土的渗透性及渗透规律 二维渗流及流网
渗透力与渗透变形
渗流量 渗水压力 渗透变形 渗流滑坡
挡水建筑物 集水建筑物 引水结构物 基坑等地下施工 边坡渗流
常水头法仅适用于：透水性较大的砂性土
透水性较小的粘性土
2.室内试验方法2—变水头试验法
(k 10 3cm / s)
试验装置：如图 试验条件: Δh变化，A，L=const 量测变量: Δh ，t
第二章 土的渗透性及渗透稳定 一.渗透试验简介
§2-3 渗透系数及其确定方法
岩石力学中边坡稳定及渗流问题
降雨对边坡稳定性的影响：早期降雨对边坡稳定性影响的研究主要是应用饱和土理论，降雨入渗过程中坡内含水量的变化对边坡土体力学性质的影响。
20 世纪60 年代，Bishop和Fredlund提出了非饱和土强度表达式，将与饱和度、土的类型有关的经验系数考虑进来计算雨水入渗条件下土体的强度。
目前降雨对边坡影响的过程可以描述为“降雨入渗→土体自重的增大、抗剪强度指标的降低以及孔隙水压力的上升→土体的破坏。
对以上这一过程的分析主要采用将渗流简化计算的极限平衡法、极限分析法和有限元法。
堆积体结构相对较松散、透水性较强，且后缘裂缝的出现为雨水入渗提供通道，使降雨沿堆积体表面裂缝入渗后，堆积体、滑带岩土体力学性质弱化，随着降雨的持续、入渗影响深度增加，坡内水的运移对滑坡体前缘产生渗透水压力，堆积体局部变形，处于临界稳定状态。
暴雨导致堆积体土体非饱和区的基质吸力下降（孔隙水压力升高），接着渗流于堆积体前缘产生渗透力，最后库岸边坡堆积体稳定性降低．其中初始阶段堆积体表层快速饱和，安全系数下降最快．降雨后地表水通过缝隙入渗，导致土体强度降低，堆积体前部产生挤压型剪切滑动面，在渗透水压力作用下发生牵引式破坏。
渗流控制方法堤防工程渗流控制的设计准则，中国的设计准则是重点在于建立渗流比降与土体抗渗特性之间的关系。
通过确定水头与渗径之间的关系, 可以很快给出堤防建筑物的设计断面。
对于堤防而言, 通常采用的渗流控制措施主要有以下3 个方面:(1)防渗。
防渗的方法是在防建筑物或地基中利用弱透水材料筑防渗体以截断渗流, 减少渗透流量, 防止地基与其堤建筑物的渗透破坏, 确保渗透稳定性;(2)排水减压。
排水减压是一种疏导的方法, 将透水良好的的材料预先有计划地布置于堤坝防建筑物或地基中渗透比降较大的部位作为排水体, 使渗流提早释放渗透压力, 并通过排水体自由排出, 以确保地基与其堤防建筑物的整体全;(3)反滤层保护。
反滤层保护是防止土体渗透破坏的有效措施, 且同时具备排水性能, 因而也是排水体系的一部分。
大型水利工程渗透体稳定性分析
大型水利工程渗透体稳定性分析大型水利工程是现代化社会中不可或缺的基础设施，它们在提供水资源的安全稳定供应和灾害防控方面起着重要作用。
而在大型水利工程的设计和建设过程中，渗透体的稳定性是一个需要严密分析和解决的关键问题。
渗透体，指的是水利工程中存在的岩体、土体或者其他非饱和多孔介质，其稳定性的好坏直接影响着水利工程的安全运行以及周边环境的稳定性。
因此，对渗透体的稳定性进行分析和评估是大型水利工程建设过程中必不可少的一项工作。
首先，需要对渗透体的地质背景进行详细了解和分析。
从地质角度来看，渗透体的稳定性受到多种因素的影响，如地质构造、岩性特征、节理裂隙、地下水位变化等。
因此，通过对地质背景进行全面综合的分析，可以更好地了解渗透体存在的潜在问题，为后续工程设计和建设提供重要依据。
其次，需要进行渗透体的力学性质测试和实验研究。
通过应力—应变试验、破裂试验、渗透试验等一系列实验手段，可以获取渗透体的力学参数、渗透性能、抗裂性能等关键数据。
这些数据可以用于建立渗透体的力学模型，进一步分析渗透体在不同荷载作用下的稳定性。
除此之外，还需要考虑渗透体在水利工程运行过程中可能面临的各种外部环境因素。
例如，大型水坝在蓄水过程中会产生不同程度的水压力，而这种水压力对渗透体的稳定性有着直接影响。
此外，地震、高含水率等条件也会对渗透体的稳定性产生重要影响。
因此，在进行渗透体稳定性分析时，需要充分考虑并模拟这些外部环境因素的作用。
最后，需要利用数值模拟方法对渗透体的稳定性进行全面评估。
数值模拟方法可以对复杂的工程环境和渗透体的行为进行定量分析和预测。
常用的数值模拟方法包括有限元法、边界元法和离散元法等。
通过这些数值模拟方法，可以模拟渗透体在不同荷载作用下的应力分布、位移场和渗流场等，进而评估渗透体的稳定性。
综上所述，大型水利工程渗透体的稳定性分析是一项复杂而重要的工作。
通过对渗透体的地质背景进行详细分析，进行力学性质测试和实验研究，考虑外部环境因素以及利用数值模拟方法进行全面评估，可以为大型水利工程的设计和建设提供科学依据，确保工程的安全运行和周边环境的稳定性。
岩土工程稳定性
岩土工程稳定性岩土工程稳定性是指在岩土体受到外力作用时，岩土体的稳定性和承载能力。
岩土工程是研究岩石和土壤在工程中的行为及其应用的学科，其稳定性的问题是岩土工程中最为关键的问题之一。
本文将从岩土工程的定义、依据、稳定性分析与评价方法等方面进行论述。
一、岩土工程的定义岩土工程是一门研究土壤和岩石在工程中的应用与行为的学科。
它涉及土壤力学、岩土动力学、基础工程、边坡工程等方面的知识。
岩土工程应用于诸如地基、岩石填充场地、土石坝、边坡、基坑、地下洞室等工程中，因此对岩土体的稳定性要求极高。
二、岩土工程稳定性的依据岩土工程稳定性的依据主要包括自然依据和人工依据。
自然依据是指岩土体的物理力学性质以及地质条件等，这些因素决定了岩土工程的稳定性。
人工依据则包括地质调查报告、工程设计规范、工程验收标准等，这些依据为岩土工程提供了相关设计与施工的指导原则和标准。
三、岩土工程稳定性分析与评价方法岩土工程稳定性分析与评价方法可以通过理论计算和实际试验进行。
其中，理论计算包括有限元法、解析法等，通过建立数学模型，进行力学计算和应力应变分析，以评估岩土体的稳定性。
实际试验则包括室内试验和现场试验，通过采样、标本制备、加载试验等方法，对岩土体的力学特性进行实际测试，从而评估其稳定性。
四、岩土工程稳定性的主要问题岩土工程中常见的稳定性问题包括边坡稳定性、地基稳定性、基坑支护稳定性等。
在工程设计中，需要根据不同的稳定性问题选用相应的评价方法和处理措施，以确保工程的安全可靠。
五、岩土工程稳定性的重要性与挑战岩土工程稳定性的重要性不言而喻。
在工程实践中，如果岩土体的稳定性无法保证，将可能导致边坡滑坡、基础沉降、地基沉降等严重的工程事故，甚至威胁到人身和财产安全。
然而，岩土工程稳定性问题也面临着许多挑战，如岩土体的复杂性、不确定性等，因此需要综合运用岩土力学、地质力学等学科的原理与方法，进行科学的分析与评价。
六、结语岩土工程稳定性是岩土工程领域中的核心问题，关系到工程的安全与可靠性。
岩土工程中的地下水渗流与稳定性分析研究
岩土工程中的地下水渗流与稳定性分析研究地下水渗流是岩土工程中一个重要的研究领域。
它对于岩土工程的稳定性分析和设计具有重要的影响。
本文将介绍地下水渗流的基本概念、影响因素以及稳定性分析方法。
地下水渗流是指地下水在土体或岩体中沿着一定的路径流动的现象。
地下水渗流的速度和方向受到多种因素的影响，如土层或岩层的渗透性、压力差、渗透介质的物理特性等。
地下水渗流的研究对于岩土工程来说至关重要，因为它直接影响着土体或岩体的稳定性和承载力。
地下水渗流的影响因素主要包括渗透性、压力差、渗透介质的物理特性等。
其中，渗透性是指土层或岩层对水分的渗透能力，通常用渗透系数来表示。
渗透系数越大，土层或岩层对水分的渗透能力越强，地下水渗流速度也就越快。
压力差是指地下水在不同深度或不同位置处的压力差异，它是地下水渗流的驱动力。
渗透介质的物理特性则包括孔隙度、孔径分布、颗粒大小等，这些因素直接影响着土层或岩层对水分的吸附和排放能力。
在岩土工程中，地下水渗流对于土体或岩体的稳定性和承载力有着重要的影响。
一方面，地下水渗流会导致土体或岩体中颗粒之间的摩擦力减小，从而降低了土体或岩体的抗剪强度；另一方面，地下水渗流会增加土体或岩体中孔隙水的压力，从而增加了土体或岩体的内部压力，使得其稳定性降低。
因此，在岩土工程中进行地下水渗流与稳定性分析是非常必要的。
在进行地下水渗流与稳定性分析时，通常采用数值模拟方法。
这种方法可以通过建立数学模型来模拟地下水渗流过程，并计算出土体或岩体中各个位置的应力、变形等参数，从而评估其稳定性。
数值模拟方法需要考虑多种因素，如地下水位变化、孔隙水压力变化、土体或岩体物理特性等，因此需要较为复杂的计算模型和较高的计算能力。
总之，地下水渗流与稳定性分析是岩土工程中一个重要的研究领域。
通过对地下水渗流过程和影响因素的深入研究，可以更好地评估土体或岩体的稳定性和承载力，为工程设计提供更加可靠的依据。
专题四 岩土体的渗透稳定问题
因此，渗透变形的防治措施可分为渗流水动力条
件改变、渗流出口保护和土石性质改善等三个方 面。
（一）河堤管涌破坏的防治 河滩路堤两侧有水位差时，水在路堤内或 基底土内发生渗流，当水力坡降较大时，可能 产生管涌现象，严重时还可能导致路堤坍塌破
坏。为了防止管涌现象的发生，具体措施有以
下几个方面：
1、反滤倒渗
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。
(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、施工破 坏透水层及建筑物底面轮廓等。
三、渗透变形的防治措施 控制坝基及地基的渗流，其主要任务可归结
为三点：
一是尽量减少渗漏量； 二是提早释放渗透压力，保证地基与水工建筑物 有足够的静力稳定性； 三是防止渗透破坏，保证渗透稳定性。
2、反滤围井
3、蓄水反压
（二）基坑流砂破坏的防治
基坑开挖排水时，若采用表面直接排水，坑底土将受 到向上的动水力作用并可能引发流砂现象。这时坑底土会 一面开挖一面随水涌出，无法清除，给工程建设造成极大 困难。由于坑底土随水涌入基坑，致使地基土结构遭受破 坏，强度降低，还可能诱发建筑工程事故。
在基坑开挖中防治流砂的主要措施是： ①人工降低地下水位的办法以减小或消除基坑内
渗流稳定性分析方法综述
渗流稳定性分析方法综述渗流稳定性是指在岩体、土体或其他多孔介质中，渗透流（液体或气体）的分布是否稳定，是否存在渗透流方向的变化、聚集或反演等现象。
渗流稳定性分析方法是研究渗流稳定性的一种手段，通过对渗流体在介质中运动的规律进行分析，并提出相应的评价指标和技术方法，以评估渗流体在多孔介质中的稳定性。
目前，渗流稳定性分析方法主要可以分为两大类：实验方法和数值模拟方法。
实验方法是通过在实验室或野外进行模型实验，观察和测量渗流体的分布和运动规律，从而得到渗流稳定性的评估结果。
常用的实验方法包括物理模型实验、室内试验和野外试验。
物理模型实验是通过制作与实际工程相似的实验模型，在实验室中进行水压试验或压差试验，观察渗流体的流动特性，如流速、流量和渗透压力等参数的变化。
室内试验是通过在实验室中进行渗流流动实验，使用测量仪器和传感器对渗流体的物理性质进行监测和测量，如压力、温度和浓度等。
野外试验是在现场进行渗流流动实验，利用地下注水、压裂等方法，观察渗流体的运动规律和渗流路径的变化。
数值模拟方法是基于数学模型，通过计算机程序对渗流过程进行模拟和分析，得到渗流稳定性的评估结果。
数值模拟方法主要包括有限元法（FEM）、有限差分法（FDM）、边界元法（BEM）和解析解法等。
有限元法是最常用的数值模拟方法之一，它将渗流介质划分为有限数量的单元，通过求解节点处的渗流场变量，如压力和速度等，来模拟和分析渗流过程。
有限差分法是将渗流介质划分为离散的网格，通过在网格上的节点计算渗透压力和流速等，来模拟和分析渗流过程。
边界元法是将渗流介质的边界划分为离散的网格，通过计算边界上的渗透压力和流速等，来模拟和分析渗流过程。
解析解法是基于渗流过程的物理方程及其边界条件，通过数学分析和求解得到渗透压力和渗流速度等。
除了实验方法和数值模拟方法，还有一些其他的渗流稳定性分析方法。
例如，统计方法是通过对大量的实测数据进行统计分析，以揭示渗流体在多孔介质中的分布规律和运动趋势。
岩土工程中的岩土侵蚀与稳定性分析
岩土工程中的岩土侵蚀与稳定性分析岩土工程是建设工程中的重要分支，它主要研究土壤和岩石在各种外界力作用下的稳定性问题。
岩土侵蚀是岩土工程中一个重要且复杂的问题，它对土壤和岩石的稳定性有着重要影响。
本文将探讨岩土侵蚀的原因、影响以及稳定性分析的方法。
首先，我们先来讨论岩土侵蚀的原因。
岩土侵蚀是指在水流、风力或重力等力的作用下，土壤和岩石表面的颗粒逐渐被冲刷或剥蚀的过程。
岩土侵蚀的主要原因有以下几个方面：1. 水流冲刷：水流是岩土侵蚀的主要推动力。
当水流速度较大时，水流具有较大的冲击力，能够将土壤和岩石表面的颗粒冲刷掉。
2. 风力侵蚀：强风也是岩土侵蚀的重要原因之一。
当风速较大时，风可以将土壤和岩石表面的颗粒吹走，造成侵蚀。
3. 重力剥蚀：重力也是岩土侵蚀的重要因素。
斜坡上的土壤和岩石往往受到重力的作用，长期侵蚀会使斜坡不断剥蚀，导致岩土的破坏和变形。
接下来，我们来讨论岩土侵蚀对工程的影响。
岩土侵蚀会对工程稳定性产生严重的影响，具体表现在以下几个方面：1. 基础稳定性：岩土侵蚀会削弱土壤和岩石的稳定性，使得工程的基础部分容易受到破坏，从而影响整个工程的安全性。
2. 斜坡稳定性：岩土侵蚀会导致斜坡表面的土壤和岩石被冲刷或剥蚀，造成斜坡变得不稳定，容易发生滑坡等灾害。
3. 水工结构稳定性：岩土侵蚀还会对水工结构的稳定性产生负面影响，如河道侵蚀会导致堤坝和河床的破坏，影响水工工程的正常运行。
针对岩土侵蚀对工程稳定性的影响，工程技术人员通常使用稳定性分析方法来评估岩土侵蚀的影响，并采取相应的治理措施。
稳定性分析是一种基于物理力学原理的工程手段，通过对土壤和岩石侵蚀后的稳定性进行计算和评估，来判断工程的安全性。
稳定性分析方法可以根据岩土侵蚀的具体情况选择不同的计算模型和参数，常用的方法包括：1. 悬垂柱法：这种方法适用于评估岩土侵蚀对土壤和岩石的稳定性的影响。
通过对土壤和岩石的强度参数进行测定和分析，进而计算出土壤和岩石的稳定性系数，以评估工程的安全性。
土木工程中的渗透压问题
土木工程中的渗透压问题渗透压是土木工程中一个重要的问题，它涉及到土壤的水分运移和土体的稳定性。
渗透压的理解与应用对于土木工程师来说是至关重要的。
一、渗透压的概念和原理渗透压是指土壤中水分自由流动的能力和水分在土壤中运动时产生的压力。
这个概念是由荷兰科学家门德（van’t Hoff）在19世纪末提出的。
他的研究表明，溶液中的物质渗透力取决于渗透溶液的浓度差异。
根据门德关系，渗透压（Π）与溶液的摩尔浓度（C）之间存在着线性关系，即Π = CRT，其中R是气体常数，T是温度。
因此，在土木工程中，我们常常使用渗透压来描述溶液中溶质与溶剂之间的浓度差异。
二、渗透压在土木工程中的应用1. 渗透压对地基稳定性的影响渗透压对于土体的稳定性有着直接的影响。
当土壤中存在过多的水分时，水分的渗透压会增加土壤的孔隙水压力，进而减小土壤颗粒间的内聚力，导致土体的稳定性降低。
因此，合理的排水设计对于地基的稳定至关重要。
2. 渗透压对水资源的管理在城市规划和建设中，水资源的管理是至关重要的。
合理利用地下水资源需要对渗透压有充分的了解。
通过控制渗透压，可以调节地下水位，避免地下水过度开采导致的地层沉降和地基沉降问题。
3. 渗透压在混凝土工程中的应用在混凝土工程中，如地下工程、水坝、水库等建筑物中，渗透压的控制至关重要。
合理设计和施工可以避免水分渗透导致的结构毁损和安全隐患。
三、渗透压的测量和分析方法渗透压的测量是土木工程中的重要环节。
常见的渗透压测量方法包括：1. 建筑物渗透实验：在建筑物结构中设置渗透实验仪器，通过测量建筑物内部的水压来估算土壤中的渗透压。
2. 水文地质观测：通过观测地下水位的变化和水文地质参数的变化来推测土壤中的渗透压。
3. 土样室内试验：采集土壤样品，在实验室中通过施加不同的水压来测量土壤的渗透压。
四、渗透压问题的解决方案在土木工程中，为了解决渗透压问题，我们可以采取以下方案：1. 合理设计排水系统：在地基工程中，设计合理的排水系统可以有效地减小土壤中的渗透压，提高地基的稳定性。
岩体工程稳定性问题
坚硬岩体中的块体滑移
块 状 结 构 岩 体 的 块 体 滑 移
C.碎裂松动： 碎裂结构岩体在张力和振动力作用 下容易松动、解脱，在洞顶则产生 崩落，在边墙上则表现为滑塌或碎 块的坍塌。
碎裂岩体松动解脱
碎裂结构围岩塌方示意图
• （4）岩爆 • 岩爆是围岩的一种剧烈的脆性破坏，常以“爆炸”的形 式出现。岩爆发生时能抛出大小不等的岩块，大型者常 伴有强烈的震动、气浪和巨响，对地下开挖和地下采掘 事业造成很大的危害。 • 岩爆的产生需要具备两方面的条件：高储能体（高 强度、块体状或厚层状的脆性岩体）的存在，且其应力 接近于岩体强度是岩爆产生的内因；某附加荷载的触发 则是其产生的外因（一是机械开挖、爆破以及围岩局部 破裂所造成的弹性振荡；二是开挖的迅速推进或累进性 破坏所引起的应力突然向某些部位的集中）。 • 四川绵竹天地煤矿曾多次发生岩爆，最大的一次将 20余吨煤抛出20米远。四川南桠河三级电站隧洞(埋深 350～400m)开挖过程中通过花岗岩整体结构岩体段时就 曾发生过岩爆。开挖后不久，洞壁表部岩石发出了劈劈 啪啪的响声，同时有“洋葱”状剥片自岩壁上弹射出。
散体结构岩体发生塑性挤出的几种情形
（2）膨胀内鼓：洞室开挖后围岩表部减压区的形 成往往促使水分由内部高应力区向围岩表部转移， 结果可使某些易于吸水膨胀的岩层发生强烈的膨胀 变形。这类膨胀变形显然是与围岩内部的水分重分 布相联系的。除此之外，开挖后暴露于表部的这类 岩体有时也会从空气中吸收水分而膨胀。 遇水后易于强烈膨胀的岩石主要有富含粘土矿物 (特别是蒙脱石)的塑性岩石和硬石膏。有些富含蒙 脱石粘土质岩石，吸水后体积可增大14%～25%，而 硬石膏水化后转化为石膏，其体积可增大20%。所 以这些岩石的膨胀变形能造成很大的压力，足以破 坏强固的支护结构，给各类地下建筑物的施工和运 营带来很大的危害。
土力学教学课件第4章土的渗透性及渗透稳定
（2）注水法 (Water injection test)
5. 经验估算法 (Empirical estimate formula)
常见的渗透系数的经验计算公式见P73表4－1。
常见的各类土的渗透系数的变化范围见P73表4－2。
渗透系数的测定方法
4. 现场渗透试验 (Permeability test in site) （自学）
天然水面
透水层 不透水层
Q 渗流问题： 1. 渗流量Q？ 2. 降水深度？
水井渗流
板桩墙
基坑
透水层
渗流问题： 1. 渗流量？ 2. 渗透破坏？ 3. 渗水压力？
不透水层
工程实例
板桩围护下的基坑渗流
原地下水位
渗流时地下水位
渗流问题：
1. 渗流量？ 2. 地下水影响
范围？
渠道、河流渗流
渗流问题： 1. 渗透力？ 2. 入渗过程？
Case of seepage downwards
u1 wh1
u 2w h 2w (h 1 L h ) (4-16)
由试样2—2截面的受力平衡 (Static equilibrium) 得：
AAu2 WAu1 AsaLt A(u1u2)A
(4-17)
由有效应力原理得：
u wh1 satL wh2
坝体 渗流
过程演示
123... 在孔形渗隙成透贯不水穿断流的扩作渗大用流，下通渗，道流， 细速造颗度成粒不土在断体粗增塌颗加陷粒，形较成粗 的颗孔粒隙也中相移继动被流水失带走
原因 内因：有足够多的粗颗粒形成大于细粒直径的孔隙
外因：渗透力足够大
渗透变形 – 管涌
4.4.3 渗透破坏的判别 (Judgement)
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因此，渗透变形的防治措施可分为渗流水动力条
件改变、渗流出口保护和土石性质改善等三个方 面。
（一）河堤管涌破坏的防治 河滩路堤两侧有水位差时，水在路堤内或 基底土内发生渗流，当水力坡降较大时，可能 产生管涌现象，严重时还可能导致路堤坍塌破
坏。为了防止管涌现象的发生，具体措施有以
下几个方面：
1、反滤倒渗
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。
(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 Cu d 60 d10 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。
专题四 岩土体的渗透稳定问题
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。
（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、反滤围井
3、蓄水反压
（二）基坑流砂破坏的防治
基坑开挖排水时，若采用表面直接排水，坑底土将受 到向上的动水力作用并可能引发流砂现象。这时坑底土会 一面开挖一面随水涌出，无法清除，给工程建设造成极大 困难。由于坑底土随水涌入基坑，致使地基土结构遭受破 坏，强度降低，还可能诱发建筑工程事故。
在基坑开挖中防治流砂的主要措施是： ①人工降低地下水位的办法以减小或消除基坑内
(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、施工破 坏透水层及建筑物底面轮廓等。
三、渗透变形的防治措施 控制坝基及地基的渗流，其主要任务可归结
为三点：
一是尽量减少渗漏量； 二是提早释放渗透压力，保证地基与水工建筑物 有足够的静力稳定性； 三是防止渗透破坏，保证渗透稳定性。
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： 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；
二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：
D动
——动水压力 ——水的容重
D动＝ w I
w I
——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（ I H L , H 为水头差， L 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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ降。
I cp ——临界水力坡降
I cp 1 n 1
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。
'
n
'
——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
I cp 1 n 1 0.5n
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。
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
外地下水的水头差；
②通过设置防水板桩等增长渗流路径； ③在向上渗流出口处地表用透水材料覆盖压重以 平衡动水力。