第七章 渗透破坏

2.反滤层厚度的确定
反滤层的厚度应根据反滤料的级配、料源、用途、施工方法等情况综合 考虑确定。水平反滤层的最小厚度可采用30cm，垂直或倾斜反滤层的最小 厚度可采用50cm。采用推土机平料时，最小水平宽度宜不小于3.0m。
3.施工要求
反滤料应具有要求的级配，且小于0.1毫米的颗粒含量不大于5％，并有 要求的透水性。质地应致密坚硬，具有高度的抗水性和抗风化能力，风化 料一般不能用作反滤料，如必须应用时应进行充分论证。反滤料宜尽量利 用天然砂砾料筛选，在缺乏天然砂砾料时，也可以采用人工砂石料，但应 选用抗水性和抗风化能力强的母岩轧制。
式中：H
3、H
为上、下游坝脚处下层的测压水位
4
四、临界水力梯度与允许水力梯度的确定
临界水力梯度的确定方法： 图表法 试验法 理论计算法
允许水力梯度：
I允＝Imcr
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
沟谷切割等改变了渗流的补给、渗流的长度、 出口条件等
五、 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
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
（五） 砂砾料反滤层的设计与施工
1.反滤料的选择 对于被保护土的第一层反滤料，建议用下列方法确定；
D15/d85≤4～5 D15/d15≥5
式中：D15为过筛重量占15％时的反滤料粒径，d85为过筛重量占85％时的 被保护土的颗粒直径；d15为过筛重量占15％时的被保护土的颗粒粒径。
当选择第二、三层反滤料时，可同样按以上方法确定。 但选择第二层反滤时第一层反滤为被保护土，选择第三层 反滤时第二层反滤为被保护土。
1.潜蚀：在渗流作用下，单 个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
管涌分类
• 机械潜蚀和化学潜蚀：
机械潜蚀：指渗流的机械冲刷力把细小的 土颗粒携走，而较大颗粒仍留在原处。 化学潜蚀：当土中含有可溶盐类的颗粒或 胶结物时，水流溶蚀了它们，使土的结构 变松，孔隙度增大，水流的渗流能力加强， 这就是化学潜蚀。
（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；
（三） 反滤层的类型
临界水力梯度与土不均匀系数曲线
三、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。
四、 地形地貌条件
东榆林水库副坝溃决
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wk.baidu.com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
一、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
颗粒分析曲线形式与渗透变形类型
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 H2
2T1 2b
K1 T1 K 2 T2
I 水平
H3 H4 2b
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
d0 ：孔隙直径 d：细颗粒直径 D：粗颗粒直径
土体的排列方式决定着D / d0 的值： 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
>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。
3.土的级配特征：不均匀系数Cu=d60/d10
Cu<10 流土 Cu>20 管涌 Cu＝10-20 流土或管涌
D dP I
dw dl
水下重量dQ=dW-dF=(sat- )·g·dl·dw =’ ·g·dl· 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 ·dh ·g= ’ ·g·dl· dw
dh/dl= ’ / Icr=dh/dl= ’ /
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。
第二节 渗透变形产生的条件
渗透变形的基本特条件：渗流的动水压力大 于岩土的抗渗强度。
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 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
二、研究意义
基坑降水 抽水井
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。
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。
2.细颗粒的含量
细粗粒粒径界定：对于累积曲线为不连续级配缺乏某级粒组的土，
至少有一个以上粒组的颗粒含量小于或等于3%的平缓段，则以平缓
段粒组的最大和最小粒径的平均值区分粗细粒界定粒径；或以平缓
段最小粒径为界定粒径。
对于连续级配的土，
d f d10d70
用细颗粒含量来判别双峰型砾土的渗透变形型式：
铺反滤层前应采用挖除法将基面整平，对个别低洼处采用与基面相同的 土料或第一层反滤料进行填平。铺筑时应由底部向上逐层铺设，并保证层 次清楚，互不混杂，不得从高出顺坡倾倒，以免发生填筑分离。对反滤层 必须进行压实，在施工中应防止雨水冲泥等污染反滤料。
盖重
第七章 渗透变形工程地质研究
提要
• 概述 • 渗透变形产生的条件 • 渗透变形的预测 • 渗透变形的防治
第一节 概 述
一、概念
渗透变形：在岩土体空隙中运动的地下水叫做 渗流，它对岩土体作用的力叫做渗透力，当渗 透力达到一定值时，岩土体中一些颗粒甚至整 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。 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。
图A Ⅰ型反滤
图B Ⅱ型反滤
（四） 反滤层的设计内容
反滤层的设计可分为保护无粘性土和保护粘性土两大类，设 计内容有：
1.确定反滤层的类型； 2.根据滤土准则，确定反滤层的级配或选择土工织物产品。 并据以选择宜于作反滤层的天然料场或确定人工筛选的任务。 3.对砂砾反滤料确定反滤层的厚度和层数； 4.鉴定反滤料的透水性，对土工织物反滤层还应鉴定淤堵 性； 5.有纵向渗流时，鉴定沿反滤层和被保护土层接触面的冲 刷稳定性。
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。
扎马林：Icr (ρs 1)(1 n) 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，通过试验测定。
二、土的抗渗强度-结构特性
划分反滤层类型的目的主要是为了合理地确定反滤层数， 因此只分两种类型。
1. Ⅰ型反滤：其特点是反滤层位于被保护土层的下部，渗 流方向主要由上向下（图A）。如褥垫排水。
2. Ⅱ型反滤：其特点是反滤层位于被保护土层的上部，渗 流方向主要由下向上（图B）。如减压沟的反滤层。
渗流方向近乎水平或倾斜向，反滤层近乎垂直或倾斜向 的情况，属于过渡型，如减压井、贴坡反滤等，可归为Ⅰ型。
第四节 渗透变形的防治
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）
基坑
•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。
根据渗透方向与垂直方向的关系，可将管涌 分为垂直管涌和水平管涌。
• 当粗、细粒土层互 相叠置时，在它们 接触面上的渗流作 用下所发生的管涌， 称接触管涌。按渗 流方向与接触面的 关系，亦可分为垂 直接触管涌和平行 接触管涌。
2. 流土：在渗透作用下一定体积的土体同时发 生移动的现象，称流土或流沙。常发生于均质 砂土层和亚砂土层中。流土的危害性较管涌大， 它可使土体完全丧失强度。