第七章 渗透变形

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。 常发生于均质砂土层和亚砂土层中。
一、渗流的动水压力及临界水力梯度 渗透压力：dP=d· · · dh g 动水压力（D）：单位体积土层所受的渗透压力
dP dh D＝ ρ g ρ g I dw dl dl dW ρ sat g dl dw dF ρ g dl dw
水下重量dQ=dW-dF=(sat- )· g=’ · dl·d g· 当dP=dQ时，土颗粒处于平衡状态
当dp=dQ时，单元体处于悬浮状态，发生流土。
此时渗流的水力梯度为临界水力梯度Icr 。
d· · ·g= ’ · dl·d dh g·
Icr=dh/dl= ’ / Icr= ’ =(s-1)(1-n)……
沟谷切割等改变了渗流的补给、渗流的长度、出口条件等
四、工程因素 施工等破坏了表层具有防渗作用的弱透水层。
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，尤其是最大水力梯度 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
第七章
第一节 第二节 第三节
渗透变形工程地质研究
概述 渗透变形产生的条件 渗透变形的预测
第四节
渗透变形的防治
“
千里之堤，溃于蚁穴”
一、渗透变形实例现象 1、水坝 坝基 坝体 2、基坑
基坑表面截水沟排水
基坑排水
堤 岸
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。
二、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。 三、渗透变形的类型：管涌和流土 1.管涌：在渗流作用下，单个土颗粒发生独立移动的现象，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：
接触管涌：当粗细粒土层相互叠置时，接触面上发生的管涌。 按渗流方向与土层接触面的关系： 垂直接触管涌
dh/dl= ’ /
太沙基公式
取=1t/m3
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 (ρ s 1)(1 n ) 0.5n , c 1 我国水利部门：Icr (1 2 tg) g 式中：－土的侧压力系数
管涌的Icr的求取较为复杂。
二、土体结构特征－抗渗强度 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 最优比例：d0/d=8 天然无粘性土 n=0.395 D/ d0 =2.5
D/d=20
d0 ：孔隙直径 d：细颗粒直径 D：粗颗粒直径
有利于管涌
土体的排列方式决定着D / d0 的值：
三、宏观地质因素
1.地层组合关系：（单一型、双层型、多层型） 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 2.地形地貌条件
二、渗透类型的确定
1.粗细颗粒比例
2.细粒物质含量
3. 土的级配
Ⅰ——瀑布式：管涌；
Ⅱ——直线式：流土
Ⅲ——阶梯式：管涌或流土
三、实际水力梯度的确定 实际水力梯度的确定比较复杂，目前的方法有 理论计算法
流网图解法
水电比拟法
地下水动力学
理论计算法：
H1 H 2 I 逸平＝ K1 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
四、临界水力梯度与允许水力梯度的确定 I cr I 允＝ m 1 允许水力梯度： m m与地质条件和工程重要性有关：
一般砂土：m＝1.5~3.0
粘性土：m＝2.5~4.0 五、渗透变形可能性判定 I实>I允 I实<I允 发生渗透变形 不发生渗透变形
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
当排列疏松时， D / d0 减小， D/d减小，渗透变形广泛
当排列密实时， D / d0 增大， D/d增大，渗透变形不广泛
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%
=25%~35%
管涌
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、细颗粒的不均匀系数较小的砾土，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 Cu>20 Cu:10~20 流土 管涌 流土或管涌 对砾质土不适用
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、截水槽、混凝土源自文库渗墙
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）