岩体的渗透特性

1≤q<10
10-4≤K<10-2
10≤q<100
10-2≤K<100
q≤100
பைடு நூலகம்
K≤10-5
q≤100
岩体特征
完整岩石，含等价开度<0.025mm裂隙的岩体 含等价开度0.025～0.05mm裂隙的岩体 含等价开度0.05～0.01mm裂隙的岩体 含等价开度0.01～0.5mm裂隙的岩体 含等价开度0.5～2.5mm裂隙的岩体 含连通孔洞或等价开度>2.5mm裂隙的岩体
2.3 坝基渗透稳定性分析
▪现场渗透变形试验对于砂砾石土类有堤坝式、围堰式、现场试件式 等，以堤坝式较好。
如坝基下不深处有粘土隔水层， 则可使隔水墙嵌入粘土层，将试 验砂砾层全部封闭起来（图210）。如粘土层很深，可用半封 闭或不封闭堤坝式（隔水墙深为 设计水头的1/2）。试验坝的底宽 和长度分别为设计坝的1/100和 1/200。
图2-13 砂砾石坝基防渗 处理示意图
2.4 渗透变形的防治措施
➢ 3)土石坝坝基渗流控制措施 ▪(2)防渗墙和铺盖
▪ 当砂砾石透水层不厚时，可挖出梯形糟回填粘土成为截水槽。 当透水层厚时可用板桩、混凝土连锁管柱和混凝土防渗墙等垂直 防渗措施截断透水层。用大直径钻孔造圆孔或槽孔，然后回填混 凝土与不透水层相接，各孔相互搭接成为连续的横河防渗墙，效 果较好(图2-14) 。当透水层很厚时，则宜在坝上游采用粘土铺盖。
2.3 坝基渗透稳定性分析
▪软弱夹层渗透变形现场试验有辐射流法和平行流法。前者是用一个 主压水孔，产生辐射渗透，在四周打孔，挖坑观测；后者是打一排 孔联合压水，使试验地段的中心地带，产生近于平行流渗透，后一 种方法与坝基实际渗流状态接近，具体布置如图2-11。
图2-11软弱夹层现场渗透变形试验布置图
▪渗透变形的防治措施可分为渗流水动力条件改变、渗流出口 保护和土石性质改善等三个方面。
2.4 渗透变形的防治措施
➢ 1)建筑物深挖基坑及地下巷道施工时流砂破坏的防治
▪这种防治措施主要采用人工降低地下水位的方法，使地下水位或水 头低于基坑底板。其目的是在防治流砂的同时，又防止了地下水涌 入基坑。也可采用板桩防护墙施工。 ▪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 沉井式支护掘井。 ▪目前工程中也可采用冻结法或电动硅化法改善砂土性质，使施工顺 利进行。
2.3 坝基渗透稳定性分析
▪现场试验也是逐级升压，逐级稳定，并经历试验与逐级减压两个阶 段。一般在每级压力下要稳定2～3h，所以试验历时较长。试验结束， 绘制流量与压力关系曲线或1gI~1gv关系曲线，以曲线转折点求出I。 （图2-12）
2.4 渗透变形的防治措施
▪控制坝基及地基的渗流，其主要任务可归结为三点： ▪一是尽量减少渗漏量； ▪二是提早释放渗透压力，保证地基与水工建筑物有足够的静力稳定 性； ▪三是防止渗透破坏，保证渗透稳定性。
土类
粘土 粘土－粉土 粉土－细粒土质砂 砂―砂砾 砂砾－砾石、卵石 粒径均匀的巨砾
2.3 坝基渗透稳定性分析
➢ 坝基下的渗透：
▪坝基下的渗透水流，使岩土体中的某些颗粒移动或颗粒成分、结构 发生改变的现象称为渗透变形或渗透破坏。渗透变形对土石坝稳定 影响极大， ▪据美国发表的资料，在破坏的土石坝中，有40％是由于坝基或坝体 土的渗透变形所造成。 ▪我国对有问题的土石坝的调查发现其中由渗透变形所引起者竟达60 ％。四川陈仓水库条石拱坝的实事便是一例。该坝由于清基不彻底， 在三号拱基下发生渗透变形，不仅把红色风化泥岩裂隙中的粘土冲 蚀，而且把泥岩也冲蚀了7m深，连同被冲蚀的坝身成为一个高13m， 宽8m的冲蚀洞。 ▪坝基渗透变形的主要类型是管涌和流土。
2.4 渗透变形的防治措施
➢ 3)土石坝坝基渗流控制措施
▪(1)防渗帷幕
▪ 在大坝靠上游面的地基中，平行坝铀线打一排或几排钻孔，在 高压下将水泥等浆液压入基岩的裂隙或断层破碎带中，待凝固后 就形成一道隔水的屏幕，称为防渗帷幕。帷幕的深度、厚度、灌 浆孔距、排距、灌浆压等参数，应根据水文地质工程地质条件、 建筑物规模及其防渗要求综合考虑，最好由现场灌浆试验确定。
岩体的渗透特性
第2章 岩体的渗透特性
➢ 2.1 概述
▪ 水在岩土体孔隙中的流动过 程称为渗透。岩土体具有渗透 的性质称为岩土体的渗透性。
上游
浸润线 下游
流线
等势线
(a)
H h
l (b)
▪ 由水的渗透引起岩土体边坡失稳、边坡变形、地基变形、岩溶渗透 塌陷等均属于岩土体的渗透稳定问题。水在孔隙介质中的渗透问题， 目前的研究在试验及理论上都有一定的水平，在解决实际问题方面也 能够较好地反映土在孔隙介质中的渗流的运动规律。
2.4 渗透变形的防治措施
➢ 2)抽水井防止管涌的措施
▪通过在过滤管与井壁间充填反滤料，以保护渗流出口。 ▪反滤料的粒径选择必须考虑到被保护的含水层中潜蚀颗粒的 大小，以细颗粒不能穿过反滤料孔隙为原则。
2.4 渗透变形的防治措施
➢ 3)土石坝坝基渗流控制措施
▪坝基有岩基和非岩基两大类，非岩基也称为松散地基。对松散地基 的渗流通常采用垂直和水平两种控制手段，具体措施有： ▪①设置截水槽； ▪②浇筑混凝土防渗墙或灌浆帷幕； ▪③铺筑上游水平防渗铺盖。 ▪土石坝基的渗流控制主要是防渗和保证渗透稳定，如我国黄河小浪 底工程高154m的土石坝及三峡工程二期围堰堰体等均采用防渗墙和 防渗帷幕灌浆结合防止坝基渗流。
双层结构且透水层厚度稳定，坝下溢出平均水力坡度 为：
I (H1-H 2 )/[ 2M1 L(K1M1 /K2 M 2 )0.5 ]
2.3 坝基渗透稳定性分析
▪（4）确定临界水力坡降。确定临界水力坡降有计算法、试验法和经验数值 法。
▪①计算法，临界水力坡降可用式（2-7）计算。 ▪②试验法 确定临界水力坡降的试验法有室内试验和现场试验。室内试 验多在透明的有机玻璃渗透仪或水槽中进行（图2-8和图2-9）。
▪岩石的渗透性一般都很小，远小于相应岩体的透水性，新鲜致密岩石的渗 透系数一般均小于10-7cm/s量级。
▪同一种岩石，有裂隙发育时，渗透系数急剧增大，一般比新鲜岩石大4～6 个数量级，甚至更大，说明空隙性对岩石透水性的影响是很大的
2.2 岩土体的渗透性
➢ 岩体的渗透性： ▪岩体的渗透性是一个复杂的问题，根据目前的研究， 岩体的渗流大体可划分为准均匀介质渗流、裂隙性介 质渗流和岩溶性介质渗流三种。 ▪(1)准均匀介质渗流： 属于这一类型的有全、强风化 带及弱风化带的中上部的多孔隙砂岩。在该渗流场中， 达西定律基本上适用； ▪(2) 裂隙性介质渗流：裂隙性介质渗流是岩体渗流的 基本形式，水的渗流主要受裂隙的类型、裂隙的大小、 裂隙的产状及裂隙充填情况所控制。
2.2 岩土体的渗透性
➢ 岩体的渗透性：
▪(3)岩溶介质渗流：岩溶介质渗流是岩体渗流最复杂的一种形式，由 于受岩溶的发育规律所控制，岩溶的渗流具有间歇性、隐伏性、封 闭性和地下水系等特点。 ▪岩溶介质渗流的复杂性主要表现在以下三个方面： ▪①多循环系统共存 这是岩溶介质渗流最突出的特点之一。如一个 泉眼可能是一个循环系统的排泄点，也可能是几个循环系统的排泄 点。同时，单个系统在空间上可以相互交叉。 ▪②裂隙性渗流与管道型渗流共存。 ▪③多种渗流特征参数共存。
2.3 坝基渗透稳定性分析
▪在工程地质勘测的基础上坝基渗透稳定性的分析步骤如下：
▪（1）在宏观第四纪地层结构分析或软弱夹层研究的基础上，进行坝 基渗透变形特征的分段。
▪（2）根据岩性和颗粒分析以及物理分析试验资料，对各地段进行渗 透变形类型的预测。
▪（3）确定坝基各点的实际水力坡降。确定方法有理论计算法、流网 法、水电比拟法和观察法等。初步判定可用计算法。
2.2 岩土体的渗透性
➢ 岩土渗透性分级：
▪《水利水电工程地质勘察规范》（GB50287-99）规定，岩土渗透性可按表2 －3分级。
渗透性等级
极微透水 微透水 弱透水
中等透水 强透水
极强透水
标准
渗透系数k （cm/s）
K<10-6
透水率q （Lu）
q<0.1
10-6≤K<10-5
0.1≤q<1
10-5≤K<10-4
2.2 岩土体的渗透性
➢ 岩石的透水性：
▪在一定的水力梯度或压力作用下，岩石能被水透过的性质，称为透水性。 对孔隙介质岩体，一般认为，水在岩石中的流动，如同水在土中流动一样， 也服从于线性渗流规律——达西定律；
▪渗透系数是表征岩石透水性的重要指标，其大小取决于岩石中空隙、裂隙 的数量、规模及连通情况等，并可在室内根据达西定律测定。
图2-14基岩坝基排水系统 示意图
2.4 渗透变形的防治措施
➢ 3)土石坝坝基渗流控制措施
▪（3）坝基排水
▪ 为了阻截透过防渗帷幕的渗水，减少坝基扬压力，一般都在防渗帷幕下游 设置排水孔组成主排水幕。（图2-14）。 ▪砂砾石坝基在防渗的同时，在下游也常采用排渗沟和减压井（图2-15）。
图2-15砂砾石坝基排水减压示意图 （a）排渗暗沟；（b）减压井（完整井）； （c）减压井（非完整井）