第七章渗透变形工程地质研究
10渗透变形
意义:
一、 判定渗透变形的可能性及类型.
1、首先分析坝基地层结构和地形地貌条件,初步制定可能产 生渗透变形的地段 2、据颗粒分析资料绘制累积曲线和分布曲线,计算出不均匀 粒系数(Cu)和颗粒的的含量. 3、判别渗透系列的类型, P121—10 瀑布式累积曲线(Ⅰ):产生菅涌 累积曲线 直成型 (Ⅱ)不产生,较高梯度产生流土 阶梯式 (Ⅲ)多产生菅涌 分布曲线:陡峭单峰:不发生菅涌,较高梯度下产生流土 双峰多峰:危险性菅涌
于是在均质各向同性岩层中,每个网格的平均长度(△S) 和高度(△b)的比值不变,即 △b/△S==定值,多用正方形, △b/△S=1. 如坝基为非均质双层结构土层,由于两层的渗透性不同, 当流域通过两层分界面时发生折射,流网图也有所不同。 绘出流网图后,即可确定坝基任一点的水力梯度值 I=△H/△S △H 为点所在网格两条等水头成间的水头差 △S 为点所在网格流线长度 三、确定临界水力梯度和允许水梯度 理论计算法:适于流土类型 方法: 图表法:工程等级较低阶段,初勘阶段用 试验测定法:工程等级较高或后期勘察阶段
1、图表法 1)砂土和砂砾土管涌临界水力梯度,可用细颗粒含量与 渗透破坏坡度关系曲线,水的临界水力梯度（渗透破坏坡度） P169 Fig10—6 2)当它们的不均匀粒系数(Cu)<20,渗透变形形式为流土 时,则可采用临界水力梯度与不均粒系数关系曲线求取 (P170 Fig10—12) 2、试验法 1)室内试验----渗透试验法 2)现场试验法
第二节 渗透变形的类型与特点
一、潜蚀(菅湧)
在渗透作用下单个土颗粒发生独立移动的现象,称潜蚀 潜蚀普通发生在不均匀的砂层或河卵（砾石）层中,细 粒物质从粗粒骨架孔隙中被渗透携走,使土层的孔隙和孔 隙度增大，强度降低,发展下去会呈现”架空结构”,甚至 造成地面塌陷. 机械潜蚀作用 潜蚀 化学潜蚀作用 直菅湧：坝后 据渗透方向与重力 水平菅湧：坝基底下
第7章 渗透变形工程地质研究
第七章 渗透变形工程地质研究
渗透变形破坏方式
渗透变形破坏的形成条件
渗透变形的预测 渗透变形破坏的防治措施
渗透变形破坏方式
渗透变形：在渗透水流作用下，土体颗粒发生移动，
引起土体结构变松，强度降低的现象。
渗透变形破坏方式
潜蚀：渗流作用下，土体中较细颗粒被水流移动或挟
走，较普遍发生在不均质砂层中
流土：渗流将土体所有的颗粒全部浮动、流动或整块移
动，常发生在大坝下游坡脚有渗透水流逸出的土层中。
接触流土：渗透水近于垂直土层运动，当水流由颗粒
粗细相差悬殊的细粒土进入粗粒土中时，细粒土被水流 带进粗粒土中。
接触冲刷：粗细粒土层接触时，在平行于土层的渗流
作用下，接触面上的细粒土被水流携走。
渗透变形破坏的形成条件
D.压密固结程度：经过压密固结的土不仅孔隙度有所 降低，粒间嵌合力也有所增强，必然要经过渗流力浮动 以后才能悬浮。其临界梯度和允许梯度显著高于颗粒成 分相近但未经固结的土。
渗透变形破坏的形成条件
E.粘粒含量：粘粒含量增多的结果使土的内聚力增加， 进而增加土的抗潜蚀能力。
允许
粒的骨架孔隙直径d0时，才能发生潜蚀。据研究其最优 比为d0/d=8。一般天然无粘性土均为混粒结构，其孔隙 率多为n=39.59%，大颗粒粒径D与其孔隙d0比为D/d0=2.5。 所以有利于发生潜蚀的粗细粒径比为D/d=20。
渗透变形破坏的形成条件
B.细颗粒含量：只有较多量的粗大颗粒构成骨架，才 能形成直径较大的孔隙，易于产生潜蚀。如细颗粒达到 一定含量致使颗粒间不能相互接触，不能由它构成骨架， 则孔隙大小取决于细颗粒，则比较难以潜蚀。实验资料 证实：当细粒含量达20%~30%时，产生渗透变形所需的 水力梯度值急剧增大。当 细粒含量<20%，破坏梯度 <0.5，较计算值(0.8~1.2)小 得多，这可能是由于土的 结构和孔隙不均一的缘故。 细粒含量（％）
工程地质复习资料(完整版)
一、工程地质学基本概念及方法1。
工程地质学工程地质学是地质学的分支学科，它是一门研究与工程建设有关的地质问题、为工程建设服务的地质科学,属应用地质学的范畴。
2。
工程地质条件工程地质条件指的是与工程建筑有关的地质因素的综合.地质因素包括:岩土类型及其工程性质、地质结构、地貌、水文地质、工程动力地质作用和天然建筑材料等方面。
3。
工程地质问题指工程建筑物与地质条件之间的矛盾或问题。
如：地基沉降、水库渗漏等。
4.不良地质现象对工程建设不利或有不良影响的动力地质现象。
它泛指地球外动力作用为主引起的各种地质现象，如崩塌、滑坡、泥石流、岩溶、土洞、河流冲刷以及渗透变形等，它们既影响场地稳定性，也对地基基础、边坡工程、地下洞室等具体工程的安全、经济和正常使用不利。
5。
工程地质学的任务1、阐明建筑地区的工程地质条件,并指出对建筑物有利的和不利的因素；2、论证建筑物所存在的工程地质问题,进行定性和定量的评价，作出确切的结论；3、选择地质条件优良的建筑场址，并根据场址的地质条件合理配置各个建筑物；4、研究工程建筑物兴建后对地质环境的影响，预测其发展演化趋势,并提出对地质环境合理利用和保护的建议；5、根据建筑场址的具体地质条件，提出有关建筑物类型、规模、结构和施工方法的合理建议,以及保证建筑物正常使用所应注意的地质要求；6、为拟定改善和防治不良地质作用的措施方案提供地质依据。
6.工程地质学的研究方法工程地质学的研究方与它的研究内容相适应的，主要有自然历史分析法、数学力学分析法、模型模拟试验法和工程地质类比法。
四种研究方法各有特点，应互为补充，综合应用。
其中自然历史分析法是最重要和最根本的研究方法，是其它研究方法的基础。
7.岩石力学、土力学与工程地质学有何关系岩石力学和土力学与工程地质学有着十分密切的关系，工程地质学中的大量计算问题，实际上就是岩石力学和土力学中所研究课题，因此在广义的工程地质学概念中，甚至将岩石力学、土力学也包含进去，土力学和岩石力学是从力学的观点研究土体和岩体。
工程地质学-渗透变形工程地质研究
地震、降雨等外力作用会改变地下水状态，增加 发生渗透变形的风险。
03
渗透变形的工程地质研究
渗透变形的地质条件
80%
土壤颗粒大小
土壤颗粒的大小和分布对渗透变 形有重要影响。颗粒越小，土壤 的渗透性越差，越容易发生渗透 变形。
100%
土壤含水率
土壤含水率越高，土壤的渗透性 越差，越容易发生渗透变形。
渗透变形的影响因素
水位变化
地下水水位的变化是影响渗透变形的关键因素。 水位上升会使岩土体受到更大的水压力作用，增 加发生渗透变形的风险；水位下降则会使岩土体 干燥，降低其抗剪强度，容易发生变形。
土体含水量
土体的含水量越高，其孔隙率越大，水压力作用 越明显，越容易发生渗透变形。
颗粒组成与结构
岩土体的颗粒组成和结构对其渗透性有着重要影 响。颗粒越细、结构越松散，岩土体的渗透性越 强，发生渗透变形的可能性越大。
经验模型
根据历史数据和经验，建立预测模型，预测不同工程条件下可能发 生的渗透变形。
04
渗透变形的防治措施
防渗排水措施
防渗帷幕
通过在工程区域周围设置防渗帷 幕，防止地下水渗入工程区域， 从而减小渗透变形发生的风险。
排水沟设置
在工程区域附近设置排水沟，将 地下水引出工程区域，降低地下 水位，减小水压力对土体的影响 。
目前对渗透变形的机理和规律 仍不完全清楚，需要进一步深 入研究其内在机制和演化过程 。
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工程地质学-渗透变形工程地 质研究
目
CONTENCT
录
• 引言 • 渗透变形的基本概念 • 渗透变形的工程地质研究 • 渗透变形的防治措施 • 工程实例分析 • 结论与展望
渗透变形工程地质研究
渗透变形工程地质研究
牛小军;李鼎夫;李旭彪
【期刊名称】《四川建筑》
【年(卷),期】2024(44)2
【摘要】孔隙介质中水的渗透问题,是目前研究的重点问题,也能反映土的孔隙介质中水的渗流运动规律以解决实际问题。
堤坝工程因水渗流的发展在土体或岩体中形成水流通道而导致溃坝,地表也因水渗透变形而产生裂隙、沉降、滑坡和坍塌等现象。
这些灾害的产生无不与水关系密切,水诱发的渗透变形灾害也最为严重。
【总页数】2页(P125-126)
【作者】牛小军;李鼎夫;李旭彪
【作者单位】中国市政工程西北设计研究院有限公司;长沙水业集团有限公司【正文语种】中文
【中图分类】TV698.2
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4.粗粒土渗透及渗透变形试验缩尺方法研究
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渗透变形
3.渗透变形的类型及判别
渗透变形的类型
1. 2. 3. 4. 管涌 流土 接触冲刷 接触流失
渗透变形类型的判别
1. 管涌和流土
2. 接触冲刷
3. 接触流失
4.临界水力坡度的确定
7.渗透变形防治
防渗盖重工程
1.概述
在岩土体空隙中运动的地下水叫做渗流，它对岩土 体作用的力叫渗透力，当渗透力达到一定值时，岩 土中的颗粒发生移动，甚至一定体积的岩土体发生 悬浮或移动，这种作用和现象叫做渗透变形，由此 产生的工程地质问题即是渗透稳定问题。
2.渗透变形的条件和机理
渗透变形的必要条件 渗透变形产生的条件和机理
公式计算法
› K·太沙基公式 › E·A·扎马林公式 › 渗流沿斜坡出逸时流土公式
试验法实测临界水力坡度 据土的颗粒组成和透水性确定临界水力坡度
5.实际水力坡度的预测
理论公式计算
观测资料统计预测
数值模拟法预测
6.坝基渗透稳定性评价
坝基渗透稳定性评价是防治必要性决策及防治方 案和工程结构设计的主要依据。
工程地质学 06渗透变形工程地质研究
– 当向上渗流的水头差h不断增大，直至a—a断面上的孔 隙水压力与该面上的总应力相等时，有效应力将减小为零， 即
– 由此得
’=-pw=’gl2-wgh=0
Icr=’/w
– 由于水的密度为1t/m3，所以临界水力梯度Icr在数值上 等于土的浮密度。根据土物理性质指标间的关系
’=(s-1)(1-n)
–故
– 渗透变形一般发生于无粘性土和粉土中。如“黄土喀斯特” 现象、河流阶地上的“碟形洼地”和覆盖岩溶区的“土洞” 等现象均属渗透变形。
– 常见的渗透变形问题：基坑开挖时的流沙现象、因矿山排 水或抽取地下水在覆盖岩溶区产生的地面塌陷、土石坝坝基 的渗透稳定性问题。渗透变形除在松散土体中发生外，还可 在基岩的断裂破碎带和风化壳中发生。
– 所以岩土体的渗透稳定性取决于渗流的动水压 力与抗渗强度这一对矛盾相互作用的发展演化过 程。这也就是渗透变形产生的基本条件。
第七章 渗透变形的工程地质研究
• 1．渗流的动水压力和临界水力梯度
• （1）动水压力
– 当地下水在松散土体的孔隙中渗流时，土颗粒于水流围 绕接触。由于水流流线之间以及水流与土粒接触面上摩擦 阻力的作用，使得水流产生水头损失，因而渗流的水压力 将下降。此时，每一个土颗粒在水头差的作用下，承受来 自水流的渗透力。 – 为了推导出动水压力的数学表达式，假设渗透水流自下 而上流经一个单元土体（右下图），其长度为dl、断面面
=wgl1+mgl2
其中，m为饱和砂土的密度。 – 该断面上的孔隙水压力pw为：
pw=wg(l1+l2+h)
第七章 渗透变形的工程地质研究
– 根据有效应力原理，a—a断面上的有效应力’ 为：
’=-pw=’gl2-wgh
地球物理勘探 第六章渗透变形工程地质研究
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）
一、建筑物基坑及地下巷道施工时流砂的防治措施 这种防治措施主要是采取人工降低地下水位的办法，使之 低于基坑底板以下(下图)，这种措施既可防治流砂，又防止 了地下水涌入基坑。也可采用板桩防护墙施工(图7－21)。 水平坑道、竖井开挖遇流砂时，前者可采用盾构法施工， 后者采用沉井式支护掘进(图7－22)。也有采用冻结法或电动 硅化法改善砂土性质，使施工顺利进行。
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 生移动带走的现象，又称潜 蚀。(piping)
4、接触流失
渗流垂直渗透系数相差悬殊的两种土层接触面运 动时，将细粒土层的颗粒带到粗粒层中的现象。
反滤层失效： ——抽水井流量减小 ——坝后减压井和排水沟达不到减压的目的
第二节
渗透变形产生的条件
渗透变形产生的必要条件
渗透水流有足够大的动水压力和土体具 有一定的结构特性。
渗透变形产生的充分条件 宏观地质因素（地层组合关系和地形地貌条件） 和工程因素。
堤 岸
水文地质学 渗透变形
渗透变形的形式一般有管涌与流土、接触冲刷和接 触流土等：
>>流土指在向上的渗透水流作用下，表层土局部范围内的 土体或颗粒同时发生悬浮、移动的现象。
>>管涌指在渗透水流的作用下，土中的颗粒被水流逐渐带走， 最终导致土体内形成贯通的渗流管道，造成土体坍塌的现象。
>>接触冲刷是指渗流沿着两种不同土层的接触 面流动时,沿层面带走细颗粒的现象。
>>接触流土是指渗流垂直于渗透系数相差较大 的两相邻土层的接触面流动时,将渗透系数较小的 土层中的细颗粒带入渗透系数较大的另一土层的 现象。
6+渗透变形工程地质
ρ ρs 1(1 n) 故 Icr ρ
ρs为土的密度；n为土的孔隙度。这就是著名的太 沙基公式。土粒的密度愈大，孔隙愈小，则临界水 力梯度愈大，土体愈不会发生渗透变形。
一般土体的ρs=2.65g/cm3，n=0.3—0.5，因而Icr均在 0.8—1.2之间．. 这就是一般采用的产生流土的临界水力梯度计算公式．但
σ ρω g l 1 ρm g l 2
式中：ρω、ρm分别为水及饱和砂土的密度；g为重力加速 度。 该断面上的孔隙水压力Pw为：
Pw ρω g l 1 ρm g l 2
根据有效应力原理，1一1断面上的有效应力为：
σ σ Pw ρ g(l1，因此危害性较管涌 大．
如建筑物基坑开挖或地下巷道掘进时发生的流砂现象即是
三、渗透变形问题研究的意义
管涌和流土虽为两种不同的渗透变形型式，但是管涌的发 展、演化，往往会转化为流土． 渗透变形问题在坝工建设中尤为引人关注，这是因为在厚
度很大的松散河流堆积层上仅适宜于兴建土石坝，因而渗 透稳定性问题是土石坝的主要工程地质问题之一．
是需要指出的是，太沙基公式并未考虑到土体本身强度 (内摩擦力和内聚力)的影响。所以实测的Icr，值往往较公 式计算的大些；尤其当土的结构较紧密和粘粒含量较多时 则更是如此。
札马林建议给予修正，
Icr ρ s 1(1 n) 0.5n
我国某些水利部门考虑到土的抗剪强度，建议对 坝(闸)后地下水逸出段发生流土的临界水力梯度 计算公式为：
(3)土的级配特征 土的级配特征可以它的不均粒系数 (η=d60/d10)表示。伊斯托米娜通过模型试验发现，在自 下而上渗流出口处，并无盖重的条件下，砂土的渗透变形 类型及临界水力梯度值都与土的不均粒系数有关。 当η<10时，主要类型是流土； 当η>10时，主要类型是管涌；
工程地质学基础
教学大纲一、课程性质和目的本课程为高年级本科生开设的专业课的基础部分，是工程地质学科的骨干课程，同时也是土木工程、环境工程、水利水电工程等专业的重要必修课。
通过本课程的学习，为学生将来从事本专业的科学技术工作打下良好的基础。
目的：1．向学生传授内外动力及人类活动引起有关物理地质现象方面的基本知识，以及从工程地质角度研究这些动力地质现象（问题）的基本方法等。
2．通过本课程学习，具备解决某些重大工程地质实际问题的初步能力。
3．该课程应用性很强，要求学生尽可能紧密联系某些具体工程动力地质现象的实际进行学习，同时要求学生具备必修的专业基础知识，以便更好地掌握该门课程的内容。
二、课程的基本内容第一章绪论介绍工程地质学的主要研究内容、研究方法及实际意义，它与其它学科间的相互关系，工程地质学发展历史、现状和研究前沿。
如何学习该课程。
第二章活断层工程地质研究活断层的基本概念、基本特征、活断层鉴别及研究方法、活断层区建筑原则。
第三章地震工程地质研究地震的基本知识，地震效应，场地条件对震害的影响，地震小区划，建筑抗震原则及措施。
第四章砂土液化工程地质研究砂土液化机理及影响因素，砂土液化的判别方法，砂土液化的防护措施。
第五章岩石风化工程地质研究基本概念，影响岩石风化因素，风化壳及分带标志和方法，岩石风化防护措施。
本章教与学两方面没有难度，主要问题是实际工作中风化岩分带的标准很难把握，带有很大的不确定性，最好配合现场考察进行教学。
第六章斜坡变形破坏工程地质研究基本概念，斜坡应力分布特征，斜坡变形破坏形式及机理，崩塌形成条件及基本特征滑坡形态要素及分类、稳定性影响因素及评价，斜坡变形破坏预测预报及防治。
第七章渗透变形工程地质研究渗透变形概念及形式，产生渗透变形的基本条件，渗透变形预测，防治措施。
第八章岩溶工程地质研究溶蚀机理，岩溶发育的影响因素，岩溶渗漏、塌陷工程地质问题分析，渗漏及塌陷处理措施。
第九章水库诱发地震工程地质研究诱发地震的类型，水诱发机制，水库诱发地震发生的地质背景条件，水库诱发地震的基本特征，诱发地震的工程地质研究及预测。
工程地质与土工试验检测PPT课件(共16单元)土的渗透变形
基本类型： • 管涌 • 流土 • 接触流土 • 接触冲刷
单一土层渗透变形 的两种基本形式
渗透变形
流土：在向上的渗透作用下，表层局部范围内的土体或颗 粒群同时发生悬浮、移动的现象。任何类型的土，只要水 力坡降达到一定的大小，都可发生流土破坏
渗流
坝体 粘性土k1<<k2
砂性土k2
原因： i icr
icr
Gs 1 1 e
与土的密实度有关
渗透变形 - 流土
渗透变形
在渗流作用下，一定级配的无粘性土中的细小颗粒，通 过较大颗粒所形成的孔隙发生移动，最终在土中形成与 地表贯通的管道
1. 在渗透水流作用下，细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中移动流失 2. 孔隙不断扩大，渗流速度不断增加，较粗颗粒也相继被水带走 3. 形成贯穿的渗流通道，造成土体塌陷
kA h2
t=t2
h2
水头 测管
开关
A k aL ln h1
At h2
选择几组量测结果 ，计算相应的k，取平均值
室内试验方法-变水头试验法
渗透系数的测定
条件 已知 测定 公式 取值 适用
常水头试验
Δh=const Δh，A，L
V，t
k VL Aht
重复试验后，取均值
粗粒土
变水头试验
Δh变化 a，A，L Δh，t
土的渗透变形
工程地质与土工试验
目录
contents
渗透系数的测定方法 渗透力 渗透变形
渗透系数的测定
渗透系数的测定方法
室内试验方法 野外试验方法
• 常水头试验法 • 变水头试验法
• 井孔抽水试验 • 井孔注水试验
渗透系数的测定
试验条件: Δh，A，L=const 量测变量: 体积V，t
《工程地质与土力学》第七章：土的渗透性
一、渗流的概念
水在重力作用下，通过土中的孔隙发生流动的现象叫水的渗透。土 体能被水透过的性质，叫土的渗透性， 它是土的力学性能之一。流动的水叫渗流，如图1所示。 土坝在挡水后，水在浸润线以下的坝体中产生渗流；水闸挡水后， 在上下游水位差作用下，水从上游经过闸基渗透到下游.
第七章 土的渗透性
图1 坝、闸渗透示意图 （a）土坝渗透： （b）闸基渗透
——土样的横截面积，cm2；
第七章 土的渗透性
（3）水的动力粘滞系数 水温愈高，水的动力粘滞系数η 愈小，渗透系数 k 值愈大，试验 时某一温度下测定的渗透系数，应按下式换算为标准温度20°C下的渗透 系数 T 即 k 20 kT
20
式中
kT k 20
——ToC和20oC时土的渗透系数；
第七章 土的渗透性
QL k Aht
式中：
k
Q
――土样的渗透系数，cm/s； ——时间
t 秒内流经土样的水量，cm3；
L ——土样厚度（即渗透路径），cm；
A
——土样的横截面积，cm2；
——试验时的水头差, cm； ——时间，s。
h
t
第七章 土的渗透性 2、变水头试验法
变水头试验就是在试验过程中，渗透水头随时间而变化的一种试验 方法，如图4
见图11；12；13。
第七章 土的渗透性
图11 心墙坝的粘土截水槽示意图
第七章 土的渗透性
图12 心墙坝混凝土防渗墙示意图
第七章 土的渗透性
图13 水平粘土铺盖示意图
第七章 土的渗透性
2、下游设置反滤层、盖重或减压井，滤土排水，使渗流逸出，又防止 细小颗粒被带走。 见图14
图7.14 水闸防渗示意图
渗透变形
渗透变形——地质分析学院：水利与生态工程学院班级：12水利水电建筑工程4班学号：2012011581学生：汤飘瑞指导教师：杨普济一丶渗透变形的的认识要研究渗透变形的工程地质，我们首先就要弄清楚这些概念。
1、渗流：地下水在岩土空隙中的运动。
2、渗透压力：渗透水流作用于岩土上的力，称为渗透压力，又称为动水压力。
3、渗透变形（渗透破坏）：当渗透压力达到一定值时，岩土中一些颗粒甚至整体就会发生移动而被渗流带走，从而引起岩土的结构变松，强度降低，甚至整体发生破坏，表现为鼓胀、浮动、断裂、泉眼、沙浮、土体翻动等，这种现象称为渗透变形，由此产生的工程地质问题，就是渗透稳定性问题。
4、渗透变形一般发生在砂土和粉土中，在河流两岸及大坝建设中引人关注。
在自然界中，渗透变形现象一般发生在无粘性土和亚砂土中，象“黄土喀斯特现象”，河流阶地上的“碟形洼地”和覆盖岩溶区的“土洞”等现象均属之。
由于人类工程—经济活动使渗流加强，从而产生的渗透变形问题较多。
如基坑开挖时的流砂现象，因矿山排水或汲取地下水在覆盖岩溶区产生的地面塌陷。
土石坝坝基的渗透稳定性问题等．这种现象不但在松散土体中发生，而且在基岩的断裂破碎带和风化壳中也可能发生。
引起渗透变形的驱动力是动水压力；动水压力的大小主要取决于地下水的水力梯度．土体抵抗渗透变形的能力叫抗渗强度，其大小取决于土的颗粒组成、排列方式、物理力学性质及地下水流向等．在渗流作用下，土体的渗透稳定性决定于动水压力与抗渗强度之间矛盾的发展演化过程。
水在土中的渗流不仅对于某一接触面作用有浮力, 而且土粒本身也受到孔隙水流拖曳力用渗流对于土体作用的孔隙水压力可以分为两种: ¹静水压力, 即由粒间孔隙中的水所传递的压力, 它与土粒间的接触情况无关, 对土体骨架的结构形式以及对土的剪应力等力学性质不产生影响; º动水压力, 当饱和土体内有水头差时, 水体就通过土粒间的孔隙流动, 沿渗流方向给土粒以拖曳力, 使土粒有前移的趋势。
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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。
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
常用方法有： ❖ 水力学方法：计算及图解—— ❖ 数值计算法——
理论计算法：
坝后渗流溢出段的
平均水力梯度
（逸出梯度）：
I逸平＝ 2T1
H1 2b
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
土体水下重量 dQ=dW-dF =(sat- )· g·dl· dw =’ ·g·dl· dw
浮容重
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。
但太沙基公式 未考虑土体本身的抗剪强度，所以实
测的各种土的临界梯度往往较上述公式计算结果偏大。 所以有必要进行修正。
扎马林：Icr (ρs 1)(1 n) 0.5n
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
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。
第三节 渗透变形的预测
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，一般通过图表法或试 验测定。
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 因此 D/d >= 20 有利于管涌
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
累计曲线： Ⅰ为瀑布式 Ⅱ为直线式 Ⅲ为阶梯式
管涌 不产生管涌，在高梯度下产生流土 多为管涌，有时为流土
分布曲线： 呈陡峭单峰砂土 一般不产生管涌，在高梯度下产生流土 双峰或多峰且缺乏中间粒径者 危险性管涌土
三、实际水力梯度的确定
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。
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
沟谷切割等改变了渗流的补给、渗流的长度、 出口条件等。
二、研究意义 边坡工程渗透变形
基坑工程渗透变形
水库工程渗透变形
❖ 1975年8月，特大暴雨引发的淮河上游大洪水，使河
南省驻马店地区包括两座大型水库在内的数十座水 库漫顶垮坝，1100万亩农田受到毁灭性的灾害，1100 万人受灾，超过2.6万人死亡，纵贯中国南北的京广 线被冲毁102公里，中断行车18天，影响运输48天， 经济损失近百亿元。
❖ 驻马店地区的水库建设蜂拥而上：1957— 1969年代，新建水库200多座，由于片面重 视蓄水，忽视防洪，导致隐患四伏。
❖ 板桥水库和石漫滩水库兴建于1950年代。
溃坝事故
工程渗透变形
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。
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
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%
• 课程名称：工程地质学
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
渗透压力:渗透水流作用于岩土上的力，也称渗透力。
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。
移动带走的现象，又称潜蚀。
多发生在不均匀的卵砾类土和砂类土中。
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。
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 渗透压力：dP=pA-pB=dww ·dh ·g
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