流砂与管涌ppt课件
流沙和管涌的区别与联系
流沙和管涌的区别与联系流沙和管涌的区别与联系：一、流沙渗流力：地下水在土体中流动时，由于受到土粒的阻力作用，而引起水头损失，从作用力与反作用力的原理可知，水流经过时必定对土颗粒施加一种渗流作用力。
在向上的渗流力作用下，粒间有效应力为零时，颗粒群发生悬浮、移动的现象称为流砂，或流土现象。
这种现象多发生在颗粒级配均匀的饱和细、粉砂和粉土层中。
它的发生一般是突发性的，对工程危害极大，流砂现象的产生不仅取决于渗流力的大小，同时与土的颗粒级配、密度及透水性等条件相关。
流砂的防治原则是：① 减小或消除水头差，如采用基坑外的井点降水法降低地下水位，或采取水下挖掘；② 增长渗流路径，如打板桩；③ 在向上渗流出口处地表用透水材料覆盖压重以平衡渗流力；④ 土层加固处理，如冻结法，注浆法等。
二、管涌在渗流作用下，途中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中移动以致流失；随着土的孔隙不断扩大，渗透速度不断增加，叫粗颗粒也相继被水流逐渐带走，最终导致土体内形成贯通的渗流管道，造成土体塌陷，这种现象称为管涌。
可见管涌破坏一般有个时间发展过程，是一种渐进性质的破坏。
在自然界中，在一定条件下同样会发生上述渗透破坏作用，为了与人类工程活动所引起的管涌区别，通常称之为潜蚀。
潜蚀作用有机械和化学的两种。
机械潜蚀是指渗流的机械力将细土冲走而形成洞穴；化学潜蚀是指水流溶解了土中的易溶盐或胶结物使土变松散，细土粒被水冲走而形成洞穴，这两种作用往往是同时存在的。
土是否发生管涌，首先取决于土的性质，管涌多发生在砂性土中，其特征是颗粒大小差别大，往往缺少某种粒径，孔隙直径大且相互连通。
无粘性土产生管涌必须具备的两个条件：1.几何条件：土中颗粒所构成的孔隙直径必须大与细颗粒的直径，这是必要条件，一般不均匀系数>10的土才会发生管涌，2.水利条件：渗流力能够带动细颗粒在孔隙间滚动或移动是发生管涌的水力条件，可用管涌的水力梯度来表示。
但管涌临界水力梯度的计算至今尚未成熟。
工程岩土与测试之土渗透性之管涌介绍课件
管涌现象
管涌现象的定义
管涌是指地下水在土体中流动，导 致土体流失的现象。
管涌通常发生在地下水位较高的地 区，如河流、湖泊、水库等地。
管涌会导致土体流失，影响建筑物 和基础设施的稳定性。
管涌的防治措施包括降低地下水位、 设置防渗帷幕、加强地基处理等。
管涌的原因
地下水位上升：地 下水位上升导致土
体中的水压力增大， 1
管涌案例分析
✓ 案例二：某公路工程，由
✓ 案例一：某水利工程，由
于地下水位过高，导致管
于地基处理不当，导致管
涌发生，严重影响工程质
涌发生，造成严重损失。
量。
12
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✓ 案例三：某地铁工程，由
✓ 案例四：某桥梁工程，由
于地质条件复杂，导致管
于施工工艺不当，导致管
涌发生，严重影响工程进
涌发生，严重影响工程安
容易产生管涌。
外部荷载：外部荷 4
载过大，如建筑物、 车辆等，容易产生
管涌。
土体结构破坏：土 体结构受到破坏，
2 如裂缝、孔隙等，
容易产生管涌。
3
土体渗透性：土体 的渗透性较高，容 易产生管涌。
管涌的危害
破坏建筑物地 基，导致建筑 物供 电、供气等中 断
治理管涌的方法
采用防渗墙或 防渗帷幕，阻 止地下水进入 土体
01
采用化学灌浆， 堵塞土体中的 孔隙，提高土 体的抗渗能力
采用植被覆盖， 减少地表水对 土体的侵蚀
03
05
02
04
采用排水设施， 降低地下水位， 减小水压力
采用土工合成 材料，提高土 体的抗渗能力
06
采用监测系统， 及时发现管涌现 象，及时采取措 施进行治理
对流砂、管涌的防治措施
对流沙、管涌的预防措施流沙、管涌成因的分析3.1流沙、管涌的成因土体在受水浸泡饱和时，土粒中亲水胶体颗粒吸水膨胀使土粒的密度减小，当在动水压力的作用下，动水压力超过土粒的重力时，土粒产生悬浮流动，即形成流沙。
动水压力是产生流沙的一个重要因素。
产生流沙的临界条件为：I=（ρ-1）（1-n）I—临界水力坡度ρ—土粒密度n—土的孔隙率在基础施工中易形成流沙的情况一般有如下几种：（1）坑内采用明排水，坑外地下水位高于坑内抽水水位，地边坡上的地下水渗出点部位易出现流沙。
（2）基坑开挖深度超过降水设施的有效降水深度，坑底易出现流沙。
（3）基坑降水效果不佳，在土中含水率大于30%或孔隙率大于43%时，在有效降水浸润线以下易出现流沙。
（4）土层中有厚度大于250mm的粉砂夹层，粉砂层的渗透系数远大于其它土层，地下水从粉砂夹层中横向流出。
（5）深坑附近的人工地下水管渗漏，影响基坑降水的预期效果。
4.1施工方案的设计与论证（1）为保证深基础施工时基坑不积水，在深基础施工之前，首先应根据地质钻探资料和工程实际情况，设计深基础施工的降水方案。
通常采用的基坑降水方法有人工降水、抗渗围护等，无论采用什么方案，方案中应对坑中待挖土中的地下水位变化情况进行必要的验算，使降水措施满足地下水位浸润线低于开挖底标高以下500mm的施工条件。
（2）凡在深基坑开挖施工中，如发现有地下承压水，应事先探明承压水头、不透水层的标高和厚度，并对坑底土体进行抗浮托能力验算。
（3）对工程所在地的类似深基础施工情况进行必要的调研，吸取其它工程在深基础施工中的经验与教训。
4.2深基础施工实施过程的措施4.2.1预防和处理流沙、管涌的原则是“减少或平衡动水压力”。
如根据监测和验算，基坑降水或坑底土抗浮达不到施工要求，应采取相应的措施使其达到施工要求。
4.2.2预防流沙、管涌的基本方法（1）一般预防措施：a）井点施工时，井点立管的砂井成孔应完整，砂石填充高度应高于正常地下水位并要填充密实。
流砂与管涌(课堂PPT)
.Leabharlann 14管涌形成的原因是多方面的。一般来说，堤防基础为典 型的二元结构，上层是相对不透水的粘性土或壤土，下面是 粉沙、细沙，再下面是砂砾卵石等强透水层，并与河水相通。 在汛期高水位时，由于强透水层渗透水头损失很小，堤防背 水侧数百米范围内表土层底部仍承受很大的水压力。如果这 股水压力冲破了粘土层，在没有反滤层保护的情况下，粉沙、 细沙就会随水流出，从而发生管涌。
.
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• 抢挖并抛大石块法 分段抢挖土方，使挖土速度超过冒砂速度，在挖至标高后
立即铺竹、芦席，并抛大石块，以平衡动水压力，将流 砂压住。此法适用于治理局部的或轻微的流砂。
• 人工降低地下水位法 即采用井点降水法（如轻型井点、管井井点、喷射井点
等），使地下水位降低至基坑底面以下，地下水的渗流 向下，则动水压力的方向也向下，从而水不能渗流入基 坑内，可有效地防止流砂的发生。因此，此法应用广泛 且较可靠。
管涌的危害
• 管涌发生时，水面出现翻花,随着上游水位升 高，持续时间延长，险情不断恶化，大量涌 水翻沙，使堤防、水闸地基土壤骨架破坏， 孔道扩大，基土被淘空，引起建筑物塌陷， 造成决堤、垮坝、倒闸等事故。
• 据统计，1998年汛期，长江干堤近2/3的重大 险情是管涌险情。所以发生管涌时，决不能 掉以轻心，必须迅速予以处理，并进行必要 的监护。
.
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流砂防治的其他方法
地下连续墙
土壤冻结法
压密注浆法
阻止地下水 流入基坑
.
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管涌
什么是管涌 形成原因
管涌
危害
2.7流沙现象PPTtestNEW(第二讲图修改过的)
土力学 Soil Mechanics
对于基坑底面下有相对不透水
基坑
黏土层 γ i , hi
砂土
层，其下有承压含水层，基坑下土
Hw 层应满足承压水以上土的总重量大 于承压水的水压力：
∑γi hi > γwHw
（b）
或
∑γi hi > γw ΔHw （c）
式中，γi、hi为基坑底面到承压含水层顶面各层土的重度和厚 度，当取承压水的压力水头高度Hw时，水下的土层采用饱和 重度；当取承压水的压力水头差ΔHw时，水下的土层采用浮 重度。
例题
某基坑下黏土层厚5m，下有承压水，测压管的水 压高度9m。施工时，通过降水使坑内基坑底面地下水 位保持在基坑底面下0.5m，黏土的天然重度和饱和重 度分别为γ=17kN/m³ ，γsat=18.6 kN/m³ ，试判断基坑底 面是否会发生隆起？
基坑
9m
0.5m
黏土 5m
砂土
土力学 Soil Mechanics
土力学 Soil Mechanics
解法2
根据公式
∑γi hi > γw ΔHw （c）
取承压水的压力水头差ΔHw =9-4.5=4.5m，则承压水的
水压力差为
γw ΔHw =9.8×4.5=44.1kPa 基坑底面到承压含水层顶面范围内，水下的土层采用
浮重度，则各层土的有效自重应力之和为
∑γi hi =17×0.5+(18.6-9.8)×4.5=48.1kPa 可见 ， ∑γi hi =48.1kPa > γw Δ Hw=44.1kPa 基坑底面不会发生隆起。
2.7 流沙现象
流沙现象
当土中的水自下而上渗流时，渗流压力自下而上 作用于土颗粒上，在水下单位体积土的有效重力为：
流砂与管涌
径的土粒重量计百分数为 10%时）。易发生流砂地区取得不均匀系数
的值在1.6～3.2之间； 4)．土的含水量大于30%；
5)．土的空隙率大于43%；
6)．在粘性土中有砂夹层的地质构造中，砂质粉土或砂层的厚度 大于250mm。
3、流砂的危害
• 出现流砂现象时，土完全丧失承载力， 土体边挖边冒流砂，至使施工条件恶化， 基坑难以挖到设计深度。严重时会引起基 坑边坡塌方；临近建筑因地基被掏空而出
原因： 地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘土 层，强度较低，变形较大。
比萨斜塔
处理措施
1838-1839：挖环形基坑卸载 1933-1935：基坑防水处理 基础环灌浆加固 1990年1月: 封闭 1992年7月：加固塔身，用压重 法和取土法进行地 基处理 目 前: 已向游人开放。
3、流砂的防治
在基坑开挖中，防治流砂的原则是“治流砂必先治水”。
防治流砂的主要途径有：减少或平衡动水压力；设法使动水 压力方向向下；截断地下水流。
其具体措施有：
（1）枯水期施工法。 （2）设止水帷幕法 （3）抢挖并抛大石块法。 （4）人工降低地下水位法
3、流砂的防治
• 枯水期施工法 枯水期地下水位较低，基坑内外水位差小，动 水压力小，就不易产生流砂。 • 设止水帷幕法 将连续的止水支护结构（如连续板桩、深层搅 拌桩、密排灌注桩等）打入基坑底面以下一定深度， 形成封闭的止水帷幕，从而使地下水只能从支护结 构下端向基坑渗流，增加地下水从坑外流入基坑内 的渗流路径，减小水力坡度，从而减小动水压力， 防止流砂产生。
(四)水下管涌险情抢护
• 在坑、搪、水沟和水渠处经常发生水下管涌，给抢险工作带来 困难。可结合具体情况，采用以下处理办法： • (1)反滤围井。 • (2)水下反滤层。 • (3)蓄水反压。
流砂与管涌
位于透水地基上的水 工建筑物，在水位差作用 下地基产生承压渗流。它 与作用水头的大小，地基 渗径长度，土的孔隙率和 颗粒级配有极明显影响。 渗流的水力坡度增大，相 应流速也增大，当渗流出 逸比降大于地基临界比降， 土颗粒受淘刷，使地基遭 受变形破坏，造成地基流 土、管涌。
管涌发生原因
(1)堤坝、水闸地基土壤级配缺少某些中间粒径的非粘 性土壤，在上游水位升高，出逸点渗透坡降大于土壤 允许值时，地基土体中较细土粒被渗流推动带走形成 管涌． (2)基础土层中合有强透水层，上面覆盖的土层压重不 够. (3)工程防渗或排水(渗)设施效能低或损坏失效．
（３） 滤水压浸台： 在大片管涌面上分层铺填粗沙、石屑、 滤水压浸台： 在大片管涌面上分层铺填粗沙、石屑、 碎石，下细上粗，每层厚20cm左方，最后压块石或 左方， 碎石，下细上粗，每层厚 左方 土袋。如缺乏沙石料，可用秸柳作成柴排(厚 土袋。如缺乏沙石料，可用秸柳作成柴排 厚1530cm)，再压块石或土袋，袋上也可再压沙料，厚度 ，再压块石或土袋，袋上也可再压沙料， 以不使柴草压辱太紧为限。此法适用于管涌数目多， 以不使柴草压辱太紧为限。此法适用于管涌数目多， 出现范围较大的情况。如系水下发生管涌： 出现范围较大的情况。如系水下发生管涌：切不可将 水抽干再填料。 以免险情恶化。 水抽干再填料。 以免险情恶化。
END ...... THANKS !
流砂防治方法
在基坑开挖中，防治流砂应从“治水”着手。 防治流砂的基本原则是减少或平衡动水压力；设法使 动水压力方向向下；截断地下水流。其具体措施有： （1）枯水期施工法枯水期地下水位较低，基坑内外 水位差小，动水压力小，就不易产生流砂。 （2）铺竹、芦席，并抛大石块，以平衡动水压力， 将流砂压住。此法适用于治理局部的或轻微的流砂。 （3）设止水帷幕法将连续的止水支护结构（如连续 板桩、深层搅拌桩、密排灌注桩等）打入基坑底面 以下一定深度，形成封闭的止水帷幕，从而使地下 水只能从支护结构下端向基坑渗流，增加地下水从 坑外流入基坑内的渗流路径，减小水力坡度，从而 减小动水压力，防止流砂产生。
管涌(流沙)验算
：
管涌是土的一种渗流破坏现象，地下水在土体内渗透，渗透水头压力沿水流方向以体积力作用于土体，其大小等于i w γ(i 为水力梯度)，在基坑开挖过程中，周围高水位的地下水向基坑内渗透．当基坑底面以下的土体所承受的渗透水头压力(向上方向)大于土体的水中重度时，土体就会向上移动。
涌沙及其破坏计算模式 根据试验表明，流砂现象首先发生在离坑壁大约等于板桩深度一半的范围内，由于板桩是临时结
构，为简化计算，可近似地取最短路径。
管涌破坏计算图式如上图所示。
管涌的验算方法都是建立在下述极限平衡的公式上，即在基坑底部(严格说是渗流出口处)，w i γγ='
具体处理方法有多种，这里用太沙基法进行检算。
抗管涌破坏稳定性的安全系数为
K s =W/U
式中：W 为土的净重，W ＝2/22'D γ
γ‘：为砂的水中容重；
U 为围堰底部向上的渗透压力，U ＝γw h a D 2/2；
h a 为围堰底部向上的平均渗透水头，一般取（偏于安全）h s =h w /2；
h w 为到封底混凝土底面标高处的水头差，取6.3米；
3.13
.60.11.58.0222'=⨯⨯⨯==w w s h D K γγ 在实际施工时，利用退潮时，围堰地面有6个小时左右能完全露出地面，此时h w 比6.3米小得多。
封底混凝土施工时采用干封，封完后可回灌水至堰内。
施工承台抽水时，封底混凝土已达到强度，不但可增加一个压力（混凝土的重量在上述计算中并没有考虑），而且可抵抗一定的向上的水头压力，故在抗流沙方面是安全的！。
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3、流砂的防治
• 枯水期施工法 枯水期地下水位较低，基坑内外水位差小，动
水压力小，就不易产生流砂。
• 设止水帷幕法 将连续的止水支护结构（如连续板桩、深层搅
拌桩、密排灌注桩等）打入基坑底面以下一定深度， 形成封闭的止水帷幕，从而使地下水只能从支护结 构下端向基坑渗流，增加地下水从坑外流入基坑内 的渗流路径，减小水力坡度，从而减小动水压力， 防止流砂产生。
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流砂防治的其他方法
地下连续墙
土壤冻结法
压密注浆法
阻止地下水 流入基坑
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管涌
什么是管涌 形成原因
管涌
危害
险 情 判 别
抢 护 方 法
管涌基本概念
• 坝身或坝基内的土壤颗粒被渗流带走的现 象称为管涌。
• 管涌又称潜蚀、流土，是指在汛期高水位 情况下，堤防背水侧发生“流土”和“潜 蚀”两种不同含义的险情的统称。
1360：再复工，至1370年竣工，全塔共8 层，高度为55m
1272：复工，经6年，至7层，高48m，再 停工
1178：至4层中，高约29m，因倾斜停工 1173：动工
原因： 地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘土 层，强度较低，变形较大。
比萨斜塔
处理措施
1838-1839：挖环形基坑卸载 1933-1935：基坑防水处理
• 细颗粒、均匀颗粒、松散及饱和的土容易发生流 砂现象，因此流砂现象经常发生在细砂、粉砂及 粉土中发生。但是否会发生流沙现象，还与动水 压力的大小有关。
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引起流砂的因素主要有： 1)．主要外因取决于水力坡度的大小，即该地区地下水位越高， 基坑挖深越大，水力压力差越大，越容易产生流砂现象； 2)．土的颗粒组成中粘土含量小于10%，而粉砂含量大于75%； 3)．土的不均匀系数D60/D10<5（式中D60为限定颗粒，即小于 某粒径的土粒重量计百分数为60%时；D10为有效粒径，即小于某粒 径的土粒重量计百分数为10%时）。易发生流砂地区取得不均匀系数 的值在1.6～3.2之间； 4)．土的含水量大于30%； 5)．土的空隙率大于43%； 6)．在粘性土中有砂夹层的地质构造中，砂质粉土或砂层的厚度 大于250mm。
当，形成渗流通道。 (6)由于其他原因将堤背水侧表土层挖薄。
管涌的危害
• 管涌发生时，水面出现翻花,随着上游水位升 高，持续时间延长，险情不断恶化，大量涌 水翻沙，使堤防、水闸地基土壤骨架破坏， 孔道扩大，基土被淘空，引起建筑物塌陷， 造成决堤、垮坝、倒闸等事故。
• 据统计，1998年汛期，长江干堤近2/3的重大 险情是管涌险情。所以发生管涌时，决不能 掉以轻心，必须迅速予以处理，并进行必要 的监护。
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3、流砂的危害
• 出现流砂现象时，土完全丧失承载力， 土体边挖边冒流砂，至使施工条件恶化， 基坑难以挖到设计深度。严重时会引起基 坑边坡塌方；临近建筑因地基被掏空而出 现开裂、下沉、倾斜甚至倒塌。
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比萨斜塔
1590: 伽利 略在此塔做 落体实验
目前：塔向南倾斜，南北两端沉降差1.80m， 塔顶离中心线已达5.27m，倾斜5.5°
广佛地铁桂城站基坑出现 流砂，地面下沉约1. 流砂的形成是多种多样的，可概述为由于河水的 冲积经过地质的变化而形成的砂层，在遇到水流 的情况下，整个砂层发生流动，从而形成了流砂 层。
• 流砂发生的原因，主要是水在土中渗流所产生的 动水压力对土体作用的结果。
基础环灌浆加固 1990年1月: 封闭 1992年7月：加固塔身，用压重
法和取土法进行地 基处理 目 前: 已向游人开放。
3、流砂的防治
在基坑开挖中，防治流砂的原则是“治流砂必先治水”。 防治流砂的主要途径有：减少或平衡动水压力；设法使动水 压力方向向下；截断地下水流。 其具体措施有：
（1）枯水期施工法。 （2）设止水帷幕法 （3）抢挖并抛大石块法。 （4）人工降低地下水位法
• 管涌险情的发展，以流土最为迅速。它的 过程是随着水位上升，涌水挟带出的砂粒 增多，涌水量也随着加大，涌水量增大挟 带出砂粒也就更多
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管涌形成的原因是多方面的。一般来说，堤防基础为典 型的二元结构，上层是相对不透水的粘性土或壤土，下面是 粉沙、细沙，再下面是砂砾卵石等强透水层，并与河水相通。 在汛期高水位时，由于强透水层渗透水头损失很小，堤防背 水侧数百米范围内表土层底部仍承受很大的水压力。如果这 股水压力冲破了粘土层，在没有反滤层保护的情况下，粉沙、 细沙就会随水流出，从而发生管涌。
流砂与管涌
流砂
什么是流砂 形成原因
流砂
危害
处理对策
防止流砂
1、流砂现象
在细砂或粉砂土层的基坑开挖时，地下水位以下的土在动水压力的推 动下极易失去稳定，随着地下水涌入基坑。称为流砂现象。流砂发生后，土 完全丧失承载力，土体边挖边冒，施工条件极端恶化，基坑难以达到设计深 度。严重时会引起基坑边坡塌方,临近建筑物出现下沉、倾斜甚至倒塌。
管涌形成原因
堤防背水侧的地面粘土层不能抗御水压力而遭到破坏的原因大致为： (1)防御水位提高，渗水压力增大，堤背水侧地面粘土层厚度不够。 (2)历史上溃口段内粘土层遭受破坏，复堤后，堤背水侧留有渊潭，
渊潭中粘土层较薄，常有管涌发生。 (3)历年在堤背水侧取土加培堤防，将粘土层挖薄。 (4)建闸后渠道挖方及水流冲刷将粘土层减薄。 (5)在堤背水侧钻孔或勘探爆破孔封闭不实和一些民用井的结构不
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• 抢挖并抛大石块法 分段抢挖土方，使挖土速度超过冒砂速度，在挖至标
高后立即铺竹、芦席，并抛大石块，以平衡动水压力，将 流砂压住。此法适用于治理局部的或轻微的流砂。
• 人工降低地下水位法 即采用井点降水法（如轻型井点、管井井点、喷射井
点等），使地下水位降低至基坑底面以下，地下水的渗流 向下，则动水压力的方向也向下，从而水不能渗流入基坑 内，可有效地防止流砂的发生。因此，此法应用广泛且较 可靠。
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一秒前
一秒后
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❖ 抢护管涌险情的原则应是制止涌水带沙，而留有渗 水出路。这样既可使沙层不再被破坏，又可以降低 附近渗水压力，使险情得以控制和稳定。
抢护方法
(一)反滤围井 在管涌口处用编织袋或麻袋装土抢筑围井，井内同步铺填反