工程地质学——渗透变形工程地质研究PPT课件

一般来说，长江中下游平原冲积地层，上面是粘性土；往下是粉砂、 细砂等，砂层间也有粘性土夹层的，再往下则是砂砾及卵石等强透 水层，在河床中露头与河水相通。 在汛期高水位时由于渗水流经强 透水层压力损失很小，堤内数百米范围内粘土层下面仍承受很大的 水压力，如果这股水压力，冲破了粘土层，下面的粉砂、细砂就会 随水流出（在没有反滤层保护的情况下），从而发生管涌。
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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 ·dh ·g= ’ ·g·dl· dw dh/dl= ’ / Icr=dh/dl= ’ /
Icr= ’ =(s-1)(1-n)…… 太沙基公式
土粒越密实， n 越小， Icr 越大，土体越不容易发生渗透变形。
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
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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＝ 2T1
H1 H2 2b K1
K2
T1 T2
I水平
H3 H4 2b
式中：H3、H4为上、下游20坝 21 脚处的 下测 层压水位 12
天然无粘性土 n=0.395 D/ d0 =2.5 D/d >= 20 有利于管涌
d0 ：孔隙直径 d：细颗粒直径
土体的排列方式决定着D / d0 的值：
D：粗颗粒直径
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
流入：pA= h1 wg dw
流出：pB= h2 wg dw
渗透压力：dP=pA-pB=dww ·dh ·g
动水压力（D）：单位体积土层所受的渗透压力
D＝ dP
dw dl
ρ
g
dh dl
ρ
gI
dW ρsat g dl dw dF ρ g dl dw
水下重量dQ=dW-dF=(sat- )··g·dl·d20w21=’ ·g·dl· dw
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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。
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三、渗透变形的类型：
一、防治原则
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
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）
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一)、反滤层的设计与施工
在导渗沟、贴坡反滤、减压沟、减压井等的设计中均 有反滤层的设计问题，为此专门进行讨论。
1.管涌：在渗流作用下，细颗粒沿土体骨架 中的孔道发生移动带走的现象，又称潜蚀。
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。
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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
扎马林I： cr(ρs 1)(1n)0.5n
我国水利部门 Icr： ,
(1
1 2
tg) c g
式中： －土的侧压力系数
管涌的Icr的求取较为复杂，通2过021 试验测定。
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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
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。
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10Βιβλιοθήκη 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
四、临界水力梯度与允许水力梯度的确定
允许水力梯度：
I允＝Im cr
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
m1
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
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第四节 渗透变形的防治
第六章 渗透变形工程地质研究
第一节 概 述
一、概念 渗透变形：岩土体在地下水渗透力（动水压力）的作用下，部分颗粒或整体 发生移动，引起岩土体的变形和破坏的作用和现象。表现为鼓胀、浮动、断 裂、泉眼、沙浮、土体翻动等。
二、研究意义
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堤 岸
1998年长江洪水险情以渗流险情最为普遍，沿长江6000余处险 情中就有400余处属渗流险情。其中管涌被视为险中之险。
Cu<10 流土 Cu>20 管涌 Cu＝10~20 流土或管涌
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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
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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。
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3.土的级配特征：不均匀系数Cu=d60/d10
（一）反滤层的用途 反滤层是排水设备的主要组成部分，其作用是滤土排 水，防止渗流逸出处遭受渗透破坏以及渗流造成的表面 水流冲刷。对有承压水的地层还起压重作用。 （二）对反滤层的要求 (1)透水性应大于被保护土，并能将渗透水流通畅排出； (2)使被保护的土层不发生渗透变形； (3)不致被细颗粒淤塞失效；