6-渗透变形与地面沉降

心墙坝
斜墙坝
粘土截水墙示意图
（2）水平铺盖 ）
防渗铺盖示意图 （3） 排水减压 ） 在坝后的坝脚处设置排水沟和减压井， 在坝后的坝脚处设置排水沟和减压井，它们的作用是吸收渗流和 减少溢出段的实际水力梯度。 减少溢出段的实际水力梯度。 分三层铺设， （4）反滤盖重 分三层铺设，层界 ）反滤盖重:分三层铺设 面与渗流方向正交， 面与渗流方向正交，粒径由粗到细
3. 宏观地质因素和工程因素。
地层结构和 两个方面。 宏观地质因素包括地层结构 地表地形条件两个方面 宏观地质因素包括地层结构和地表地形条件两个方面。 地层结构对渗透变形的影响，在坝基下表现最为明显。 地层结构对渗透变形的影响，在坝基下表现最为明显。 对渗透变形的影响 地形地貌条件对渗透变形的影响， 地形地貌条件对渗透变形的影响，主要表现在沟谷切割 对渗透变形的影响 影响渗流的补给、渗径长度和渗流出口条件等方面。 影响渗流的补给、渗径长度和渗流出口条件等方面。 工程因素主要指的是渗流出口的保护问题。 工程因素主要指的是渗流出口的保护问题。土石坝和汲 主要指的是渗流出口的保护问题 水井的渗流出口段水力梯度较整个流径上的平均水力梯 度为高。水流方向也有利于土的松动和悬浮。 度为高。水流方向也有利于土的松动和悬浮。若不加保 最易产生渗透变形。 护，最易产生渗透变形。
土石坝坝基渗流示意图 2. 流土 在渗流作用下一定体积的土体同时发生移动的现象， 在渗流作用下一定体积的土体同时发生移动的现象， 流土或流沙。流土一般发生在均质砂土层或粉土中。 称流土或流沙。流土一般发生在均质砂土层或粉土中。 潜蚀和流土是可以转化的，潜蚀的发展、演化， 潜蚀和流土是可以转化的，潜蚀的发展、演化，往往 可以转化为流土。 可以转化为流土。
d=5-10mm d=1-5mm d=0.25-1mm
各分层间粒径关系
排水孔反滤层结构EXITFra bibliotek地面沉降
思考题4
地面沉降指在自然因素和人为因素影响下形成的地表 地面沉降指在自然因素和人为因素影响下形成的地表 自然因素主要是构造 垂直下降现象。导致地面沉降的自然因素 垂直下降现象。导致地面沉降的自然因素主要是构造 升降运动以及地震、火山活动等，人为因素主要是开 升降运动以及地震、火山活动等，人为因素主要是开 采地下水和油气资源以及局部性增加荷载。 采地下水和油气资源以及局部性增加荷载。
渗透变形
渗透水流作用于岩土上的力， 渗透压力或动水压力。 渗透水流作用于岩土上的力，称渗透压力或动水压力。当此力达 或动水压力 到一定值时， 到一定值时，岩土中的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、强度降低，甚至整体发生破坏。 携走，从而引起岩土的结构变松、强度降低，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 渗透变形或渗透破坏。 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。 在自然界中，渗透变形一般不发生在无粘性土或粉土中。 在自然界中，渗透变形一般不发生在无粘性土或粉土中。 潜蚀和 两种类型。 可以划分为潜蚀 流土两种类型 可以划分为潜蚀和流土两种类型。 1. 潜蚀 思考题1
土木工程地质讲义
第一编 动力地质作用与不良地质现象 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 地壳与地质作用 活断层与地震防灾规划 滑坡与泥石流 岩溶 渗透变形与地面沉降 河流侵蚀与淤积 地裂缝与采空区塌陷
地下水的渗流作用 －－渗透变形与地面沉降 －－渗透变形与地面沉降
1. 渗透水流作用类型 2. 渗透变形产生的条件 3. 渗透变形的预测 4. 渗透变形的防治 5. 地面沉降的分布与危害 6. 地面沉降的成因与防治
在渗流作用下，单个土颗粒发生独立移动的现象， 潜蚀或管涌。 在渗流作用下，单个土颗粒发生独立移动的现象，称潜蚀或管涌。 潜蚀较普遍的发生在不均匀的砂层或砂卵（ 石层中， 潜蚀较普遍的发生在不均匀的砂层或砂卵（砾）石层中，潜蚀 包括机械潜蚀和化学潜蚀两种。 包括机械潜蚀和化学潜蚀两种。 潜蚀在自然条件下和工程活动中均会发生， 潜蚀在自然条件下和工程活动中均会发生，人们习惯地把工程活 动中发生的潜蚀称为管涌 根据渗透方向与重力方向的关系， 管涌。 动中发生的潜蚀称为管涌。根据渗透方向与重力方向的关系，可 将管涌分为垂直管涌和水平管涌两种。 将管涌分为垂直管涌和水平管涌两种。
EXIT
渗透变形的预测： 渗透变形的预测：
预测步骤： 预测步骤： （1）根据土体的性质和类型，判别渗透变形可能性与 ）根据土体的性质和类型， 类型 （2）确定坝基各点，尤其是下游坝脚处的实际水力梯 ）确定坝基各点， 度。 （3）确定临界水力梯度和允许水力梯度。 ）确定临界水力梯度和允许水力梯度。 （4）根据比较，圈定出可能发生渗透变形的范围。 ）根据比较，圈定出可能发生渗透变形的范围。 1. 渗透变形的可能性及类型 首先分析坝基的地层结构和地形地貌条件， 首先分析坝基的地层结构和地形地貌条件，初步确定 渗透变形的地段。 渗透变形的地段。 随后，根据累积曲线和分布曲线， 随后，根据累积曲线和分布曲线，计算出不均粒系数 和细颗粒的百分含量，来确定渗透变形的类型。 和细颗粒的百分含量，来确定渗透变形的类型。 也可根据累积曲线和分布曲线的形状来判断： 也可根据累积曲线和分布曲线的形状来判断：瀑布式 产生管涌，直线式不产生管涌。 产生管涌，直线式不产生管涌。
EXIT
渗透变形的防治
渗透变形的防治，通常采用三方面的防护措施。 渗透变形的防治，通常采用三方面的防护措施。即改变渗流的 动力条件、保护渗流出口和改善土石性质。 动力条件、保护渗流出口和改善土石性质。可根据工程性质和 地质条件选择使用。 地质条件选择使用。 1. 筑物基坑及地下施工时的流沙的防治措施。 筑物基坑及地下施工时的流沙的防治措施。 建筑物基坑主要采取人工降低潜水位的办法。 建筑物基坑主要采取人工降低潜水位的办法。使潜水位低于基 坑底板。也可采用板桩防护墙。 坑底板。也可采用板桩防护墙。 2. 汲水井防治管涌的措施。 汲水井防治管涌的措施。 思考题3 主要措施是在过滤管与井壁间隙内充填反滤料。 主要措施是在过滤管与井壁间隙内充填反滤料。 3. 士石坝防治渗透变形的措施 （1）垂直截渗 （2）水平铺盖 （3） 排水减压 （ 4）反滤盖重 ） ） ） ）
累 积 百 分 曲 线
流 土
管涌或流土 管 涌
2. 确定坝基各点的实际水力梯度 确定坝基实际水力梯度的方法有：理论计算法、 确定坝基实际水力梯度的方法有：理论计算法、绘制流 网的图解法、水电比拟法及观测法等。 网的图解法、水电比拟法及观测法等。 绘制流网的图解法比较简单且可靠，是常用方法。 绘制流网的图解法比较简单且可靠，是常用方法。流网 图是由一系列流线和等水头线所组成的网格。 图是由一系列流线和等水头线所组成的网格。
△S
△S △h
坝基任一点的水力梯度： 坝基任一点的水力梯度： I
=
∆ h ∆ s
3. 确定临界水力梯度和允许水力梯度 包括理论计算法、图表法和试验测定法。 包括理论计算法、图表法和试验测定法。 工程等级较低或初级堪察阶段可采用图表法， 工程等级较低或初级堪察阶段可采用图表法，工程等 级较高或后期勘察阶段则采用试验法。 级较高或后期勘察阶段则采用试验法。理论计算仅适 用于流土类型，可根据土的类型及密实程度， 用于流土类型，可根据土的类型及密实程度，选用不 同的计算公式。 同的计算公式。 允许水力梯度(Iy)： ： 允许水力梯度 临界水力梯度(Icr)除以安全系数 ，m=1.5-3 除以安全系数m， 临界水力梯度 除以安全系数
地面沉降的危害： 地面沉降的危害：
思考题5
地面沉降所造成的破坏和影响是多方面的， 地面沉降所造成的破坏和影响是多方面的，其主要危害表现为地 面标高损失，继而造成雨季地表积水，防泄洪能力下降。 面标高损失，继而造成雨季地表积水，防泄洪能力下降。沿海城 市低地面即扩大，海堤高度下降而引起海水倒灌、 市低地面即扩大，海堤高度下降而引起海水倒灌、海港建筑物破 地面运输线和地下管线扭曲断裂，城市供水排水系统失效。 坏，地面运输线和地下管线扭曲断裂，城市供水排水系统失效。 （1）濒海城市海水侵袭：世界上有许多滨海城市，如日本的东 ）濒海城市海水侵袭：世界上有许多滨海城市， 大阪和美国的长滩、中国的上海、天津等。 京、大阪和美国的长滩、中国的上海、天津等。由于地面沉降致 使部分地区地面标高降低，甚至低于海平面。造成海水入侵 海水入侵， 使部分地区地面标高降低，甚至低于海平面。造成海水入侵，严 重破坏了地下水源。 重破坏了地下水源。 （2）港口设施失效：地面下沉使港口设施失去效用，港口货物 ）港口设施失效：地面下沉使港口设施失去效用， 装卸能力下降。 装卸能力下降。 （3）桥墩下沉，影响航运：桥墩随地面沉降而下沉，使桥下净 ）桥墩下沉，影响航运：桥墩随地面沉降而下沉， 空间减小，导致水上运输受阻。 空间减小，导致水上运输受阻。 （4）地基不均匀下沉，建筑物开裂倒塌：地面沉降往往使地面 ）地基不均匀下沉，建筑物开裂倒塌： 和地下建筑物遭受巨大的破坏，如建筑物墙壁开裂或倒塌， 和地下建筑物遭受巨大的破坏，如建筑物墙壁开裂或倒塌，桥墩 不均匀下沉，自来水管弯裂漏水等。 不均匀下沉，自来水管弯裂漏水等。 （5）由于不均匀的地面沉降，致使地下管道的坡度改变，地下 ）由于不均匀的地面沉降，致使地下管道的坡度改变， 管道断裂。 管道断裂。墨西哥市的建筑物也因不均匀沉降而造成不允许 的倾斜，甚至破坏。给水管网也有破坏和失调的情况。 的倾斜，甚至破坏。给水管网也有破坏和失调的情况。 地面位移。 （6）过大的地面沉降，造成严重的地面位移。 ）过大的地面沉降，造成严重的地面位移 EXIT
中国地面沉降情况（ 中国地面沉降情况（1993） ）
省 （区、市） 面积 （km2 ） 上海 850 天津 江苏 浙江 山东 526
10000 379.5 262.7
中国地面沉降情况（ ）（续表 中国地面沉降情况（1993）（续表） ）（续表）
省（自治区、市） 自治区、 陕 河 河 安 山 北 广 福 合 西 南 北 徽 西 京 东 建 计 面积（ 面积（km2 ） 177.2 59 3.6× 3.6×104 360 200 313.96 0.25 9 48655.21