6.渗透变形

四、临界水力梯度与允许水力梯度的确定
允许水力梯度：
I cr I 允＝ m
m 1
m——与地质条件和工程重要性有关： 砂土：m＝1.5~3.0 粘性土：m＝2.5~4.0m
五、渗透变形可能性判定
I实>I允 发生渗透变形
I实<I允 不发生渗透变形
第四节 一、防治原则
渗透变形的防治
1.改变渗流的水动力条件，减少动水压力即降低水力梯度 2.改变土体结构，提高抗渗能力
流土临界水力梯度
流土首先发生于渗流出口，不可能在土体内部直接发生。当渗流自下向上运动时， 一旦渗透力克服了重力的作用，则土体就会产生流土破坏，此时土体的临界比降可以 通过原状土室内试验求得，也可以由下式近似确定：
Icr =(ρs/ρw-1)(1-n) 由公式求得的Icr 偏小，大约小于试验值的15%～25%，这主要是因为在该式中没有 考虑土的抗剪强度的影响（包括内摩擦角和凝聚力两个方面），因此也是偏于安全的。 下表给出了无粘性土不发生流土破坏的允许比降经验值，细砂取小值，较粗的砂土取 大值。
带走的现象，又称潜蚀。它通常发生在砂砾石地层中。 根据渗透方向与重力方向的关系： 垂直管涌： 水平管涌：
2.流土：在渗透作用下，土体中的颗粒群或
团块同时发生移动的现象。 常发生于均质砂土层和亚砂土层中。这种破坏形 式在粘性土和无粘性土中均可以发生。粘性土发 生流土破坏的外观表现为：土体隆起、鼓胀、浮 动、断裂等。无粘性土发生流土破坏的外观表现 是：泉眼（群）、砂沸、土体翻滚最终被渗透托 起等。
管涌临界水力梯度
管涌可能发生在渗流出口，也可能发生在土体内部。由于颗粒移动中的 堵塞作用，可能会有管涌中断现象发生，有的是暂时性中断，而后继续发 生，有的是永久性中断，即发生了自愈情况。还有一种情况，由于土体中 细颗粒填料较少，它的带出不影响土体骨架颗粒的稳定，当细颗粒被带完 后，只出清水，不出浑水，管涌终止。 由于计算管涌临界比降的公式目前还不成熟，因此管涌临界比降一般 通过室内试验测定。根据经验，对水流向上的垂直管涌，允许比降一般为 0.1～0.25，水平管涌的允许比降为垂直管涌的允许比降乘以摩擦系数tgφ。 下面给出了无粘性土不发生管涌破坏的允许比降的经验值。
2003年7月1日凌晨4时，正在施工中的上海轨道交通4号线（浦东 南路至南浦大桥）区间隧道浦西联络通道发生渗水，随后大量流沙涌 入，引起地面大幅沉降。上午9时左右，地面建筑物中山南路847号一 幢八层楼房发生倾斜，其裙房部分倒塌。由于报警及时，所有人员提 前撤出，无人员伤亡。
三、渗透变形的类型： 1.管涌：在渗流作用下，细颗粒沿土体骨架中的孔道发生移动
3.
接触冲刷
渗流沿着两种不同介质的接触面流动并带走细颗粒的现象称为 接触冲刷。如穿 堤建筑物与堤身的结合面和裂缝的渗透破坏等。 4.接触流土 渗流垂直于两种不同介质的接触面运动，并把一层土的 颗粒带入另一土 层的现象称为接触流土。这种现象一般发生在颗粒粗细相差较大 的两种土层的接 触带，如反滤层的机械淤堵等。 对粘性土，只有流土、接触冲刷或接触流土三种破坏形式，不可 能产生管涌破坏。 对无粘性土，则四种破坏形式均可发生。
二、渗透变形类型的确定
1.粗细颗粒比例
2.细粒物质含量 3. 土的级配
三、实际水力梯度的确定
常用方法有： 水力学方法：计算及图解—— 模型模拟法——
数值计算法——
理论计算法：
I 逸平＝
H1 H 2 K 1 T1 2T1 2b K 2 T2
H3 H4 I 水平 2b 式中：H 3、H 4为上、下游坝脚处下层的测压水位
接触冲刷临界水力梯度 接触冲刷发生在堤身和堤基的内部，但其颗粒仍旧是从渗流出口处 带出。接触冲刷不断发展会形成漏水通道，而引起堤防溃决。 在两种性质不同的土层界面上发生接触冲刷时，其临界比降可以通过 室内试验或按伊斯托明娜的试验结果获得。 在土层与刚性建筑物接触界面上发生接触冲刷时，对比一些试验资料 和建闸的经验将非管涌土地基的允许渗透比降值列入下表，供参考。表 中渗透比降的允许值是由临界比降除以1.5的安全系数得到的，但没有 考虑渗流出口处的保护。如果渗流出口有反滤保护，则表中的数据可以 适当提高30％～50％。
4 地形地貌条件
沟谷切割等改变了渗流的补给、渗流的长度、出口条件等
5 工程因素
施工等破坏了表层具有防渗作用的弱透水层。
第三节 渗透变形的预测 一、预测步骤
1.根据土体类型和性质，判定是否容易发生渗透变形及变形的类型 2.确定土体中各点的实际水力梯度 3.确定相对于该土体的临界水力梯度和允许水力梯度 4.判定渗透变形的可能性及其范围
接触流土临界水力梯度 接触流土的抗渗临界比降应通过室内试验获得。
粘性土的抗渗强度 粘性土的渗透破坏特性取决于容重、含水率、粘土矿物成分、交换性阳离 子的数量和成份、孔隙液体的含盐浓度和成分等物理化学因素，因此，它远 比无粘性土渗透破坏特性复杂。粘性土可分为分散性粘土，非分散性粘土和 过渡型粘土。如图3－2，其中A区为分散性粘土，B区为非分散性粘土，C区 为过渡性粘土。该图的纵坐标为钠的百分比，横坐标TDS为金属阳离子总量。 分散性粘土遇水后土颗粒逐渐脱落而形成悬液，极易被水流带走，其破坏要 比细砂和粉土更为容易。而非分散性粘性土由于其凝聚力很大，只会发生流 土破坏，不会发生管涌破坏，有反滤保护时，其临界比降可以超过20以上， 而一般取4～5为粘性土的抗渗允许坡降 软弱夹层的抗渗强度 软弱夹层的渗透破坏不同于无粘性土，也不同于粘性土，而是介于两者之 间。其渗透破坏的特征为： (1)泥夹碎片层，当结构发生破坏时，沿层面出水，出口细粒跳动，形成小 洞眼，直至出现渗透通道; (2)含泥沙砾层，当结构破坏时，渗流出口有细粒移动并呈浑水，直至破坏。 软弱夹层的抗渗强度应通过试验得到。
透水后戗示意图
（五）水平排水
这种方法只有在堤坝加高培厚和增设压渗台时才可 能应用。水平排水不但可以降低堤身的浸润线，对透 水堤基还可以有效降低堤基的出逸比降，但会使堤基 的渗流量有所增加。采用水平排水可以减小压渗戗台 的工程量，如图所示。水平排水的长度、厚度应根据 渗流计算来确定。
三)、堤基防治工程的设计与施工
当排列疏松时， D / d0 减小， D/d 减小，有利于渗透变形
当排列密实时， D / d0 增大， D/d 增大，不利于渗透变形
2.细颗粒的含量
用细颗粒含量来判别双峰型砾土的渗透变形型式： >35% 流土
<25%
管涌
=25%~35% 流土或管涌，取决于砾土的密实度及细颗粒的组成 中等以上密实度、不均匀系数较小的细粒土，发生流土 细颗粒成分中粘粒含量增加，可增大土的凝聚力，土的抗渗强度增加，不易 发生渗透变形。
（三）背水侧压渗盖重 当没有必要采用封闭式垂直防渗幕墙或其造价太高 时，可以采用背水侧压渗盖重的方法，来防止堤基渗 流对表土层的渗透破坏。如果所需盖竽太长，应考虑 与减压沟井联合使用的方法。其他的背水侧渗流控制 措施，对堤身高度较大的情况，可以设置两层压渗盖 重平台。这种方法在堤防工程中广为应用，效果明显。 压渗盖重的形式很多，可以由不透水的变换到完全 自由排水的。其形式的选择，取决于材料的料源及每 种形式的费用大小。
3.土的级配特征：不均匀系数Cu=d60/d10 Cu<10 Cu>20 流土 管涌
Cu＝10~20 流土或管涌
3 地层组合关系：
单一型：多位于河流的上游，一般为砂卵（砾）石层，一般发生管涌，随着细粒 成分的增多，可能流土。 双层型：主要考虑表层粘性土的性质、厚度、完整程度 多层型：除考虑表层粘性土层外，还考虑砂层透镜体或粘性土层透镜体或相变等 造成水力梯度的突变等原因
二、土体性质与渗透变形类型
土体结构包括了土中粗细颗粒直径比例、细粒物质含量、土的级配等。 1 .粗细颗粒直径比例 细粒从空隙中流动最优比例：d0/d >= 8 天然无粘性土 n=0.395 D/ d0 =2.5 D/d >= 20 有利于管涌 土体的排列方式决定着D / d0 的值：
d0 ：孔隙直径 d：细颗粒直径 D：粗颗粒直径
二、防治措施
1.垂直截渗：防渗帷幕 2.铺盖 3.人工降低地下水位 4.反滤盖重 5.物理、化学方法改造 冻结、电动硅化、灌浆（化学浆液）
图A 砂砾料贴坡排水示意图
图B 土工织物反滤层贴坡排水示意图
（四）透水后戗
亦称透水压浸平台。它既能防止散浸造成的渗透破坏，又 能加大堤身断面从而达到稳定堤坡的目的。一般适用于散浸严 重、堤身断面单薄、背水坡较陡、外滩狭窄的情况。 透水后戗应采用比堤身透水性大的材料填筑，高度应高出 渗水的最高出逸点0.5～1.0m，顶宽2～4m，坡度1:3～1:5，长 度应超出散浸堤段两端各5m。戗体材料渗透性大断面可小一 些，相反则应大一些。当堤身较高时可采用两级或多级戗台。 施工时应清除堤坡上的草皮和杂物，清除深度10～20cm。 填筑戗体时应进行压实，相对密度不小于0.65。
堤基除险加固的措施有：临水侧防渗铺盖、垂直防渗、 背水侧压渗盖重、排水减压沟和减压井等。 （一）临水侧防渗铺盖 如果封闭式垂直防渗幕墙不尽合理，背水侧又无条件做压 渗盖重，而临水侧有稳定的外滩时，可以采用临水侧防渗铺 盖来减小背水侧堤基的出逸比降和地基渗流量，但其效果有 一定限度。对近似均质透水堤基，临水侧铺盖的效果比较明 显，当表层地层的渗透系数小于深部地层较多时，临水侧铺 盖的效果将降低。
水下重量dQ=dW-dF=(sat- )· dl· =’ ·g·dl· dw g· dw
当dp=dQ时，单元体处于临界悬浮状态，即将发生流土。
此时渗流的水力梯度为临界水力梯度Icr ——土的抗渗强度。
则有： dw · · ’ ·g·dl· dw dh g=
dh/dl= ’ /
第二节 渗透变形产生的条件
一、渗流的动水压力及临界水力梯度
流入：pA= h1 wg dw 流出：pB= h2 wg dw