渗透变形工程地质研究与防治

接触冲刷和接触流失多以单个颗粒独立运 动为主。
管涌和流土是主要破坏形式。
第二节 渗透变形产生的条件
二、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
D＝
dቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ dw dl
常发生于漂石和卵石等巨粒土与砂类土和 粉土接触处。
当水流沿两层土接触面方向流动时，因前 者渗透系数和流速远大于后者，细颗粒易被 水流冲刷带走。
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，将细粒土层的颗粒带到粗 粒层中的现象。
反滤层设计不当或施工不当时，在渗流作 用下，被保护图层的颗粒被带到反滤层中。
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。
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、渗透变形的必要条件 1、存在可能被渗流带走的松软土石 2、具备强烈的水动力条件 3、存在渗流出逸的临空条件
3.接触冲刷：渗流沿着渗透系数相差悬殊的 两种土层接触面带走细颗粒的现象。
扎马林Ic： r (ρs 1)(1n)0.5n
我国水利部I门 cr ： , (112tg)cg 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。
三、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 因此 D/d >= 20 有利于管涌
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。
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。
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。
五、 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。
六、 工程因素
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
不发生接触流失的条件：
Cu<5 或
且 D15/d85<=10
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。
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， 有利于渗透变形 当排列密实时， D / d0 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
渗透变形工程地质研究和防治
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。
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。
Cu<=10 且且 D20/d70<=7
不发生接触冲刷的条件： 双层土结构：
D10/d10<=10
且两层土的不均匀系数均满足 Cu<=10
四、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。
ρ
g
dh dl
ρ
g
I
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 的抗渗强度的大小。在渗流作用下，土粒开始 发生移动时的水力坡度。