第二章 岩土体的渗透特性

2.2.3 岩体的渗透性
岩体的渗透性： 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 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， 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、 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。 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： 岩溶介质渗流的复杂性主要表现在以下三个方面： 这是岩溶介质渗流最突出的特点之一。 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， 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 同时，单个系统在空间上可以相互交叉。 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。 裂隙性渗流与管道型渗流共存。 ③多种渗流特征参数共存。 多种渗流特征参数共存。
影响渗透系数的因素很多，诸如土的种类、级配、孔隙比 及水的温度等。因此，为了准确地测定土的渗透系数，必须尽 力保持土的原始状态并消除人为因素的影响
成层土的渗透系数
天然沉积土往往由渗透性不同的土层组成。 对于与土层层面平行和垂直的简单渗流情况， 当各层的渗透系数和厚度已知时，我们可以 求出整个土层与层面平行和垂直的平均渗透 系数，作为进行渗透计算的依据。
2.2.3 岩体的渗透性
岩体的渗透性： 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、 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。 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 准均匀介质渗流： 属于这一类型的有全、 带及弱风化带的中上部的多孔隙砂岩。在该渗流场中， 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； 达西定律基本上适用； 裂隙性介质渗流： (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、 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。 裂隙的产状及裂隙充填情况所控制。
在冰冻季节土中水分冻结成为冻土。 在冰冻季节土中水分冻结成为冻土 。 根据其冻融 情况，冻土分为：季节性冻土、隔年冻土和多年冻土。 情况 ， 冻土分为 ： 季节性冻土 、 隔年冻土和多年冻土 。 季节性冻土是指冬季冻结夏季全部融化的冻土； 季节性冻土是指冬季冻结夏季全部融化的冻土 ； 两年 内不融化的土层称为隔年冻土； 内不融化的土层称为隔年冻土 ； 凡冻结状态持续三年 或三年以上的土层称为多年冻土。 或三年以上的土层称为多年冻土 。 我国多年冻土的分 布基本上集中在纬度较高和海拔较高的严寒地区， 布基本上集中在纬度较高和海拔较高的严寒地区 ， 如 东北的大兴安岭北部和小兴安岭北部、 东北的大兴安岭北部和小兴安岭北部 、 青藏高原以及 西部天山、 阿尔泰山等地区， 西部天山 、 阿尔泰山等地区 ， 总面积约占我国领土的 20％左右， 20％左右，而季节性冻土则分
第二章
岩土体的渗透特 性
2..1 概述
土是具有连续孔 隙的介质。当土 作为建筑物的地 基和直接用作建 筑材料时，水就 会在水位差的作 用下，从水位较 高的一侧透过土 的孔隙流向水位 较低的一侧。
关于防渗墙
防渗墙 防渗墙施工现场
渗透的定义及土的渗透性
水透过土体孔隙的现象成为渗透 土具有被水透过的性能称为土的渗透性 水在土体中的渗透，一方面会造成水量的 损失，影响工程效益；另一方面将引起土 体内部的应力状态的变化，从而改变水工 建筑物或地基的稳定条件，严重时还会酿 成破坏事故。 土的渗透性的强弱，对土体的固结、强度 以及工程施工都有非常重要的影响
d ≤ η Re/ ρv ≤ 0.52
对于比粗砂更细的土来说，达西渗透定律一般 是适用的，而对于粗粒土来讲，只有在水力坡降 很小的情况下才能适用。
土的渗透系数参考值
土类 纯砾 纯砾与砾混合物 极细砂 粉土、砂与粘土 混合物 粘土 渗透系数k(cm/s) >10-1 10-3~10-1 10-5~10-3 10-7~10-5 <10-7 渗透性 高渗透性 中渗透性 低渗透性 极低渗透性 几乎不透水
K<10-6
q<0.1
完整岩石，含等价开度<0.025mm裂隙的岩体
粘土
微透水
10-6≤K<10-5
0.1≤q<1
含等价开度0.025～0.05mm裂隙的岩体
粘土－粉土
弱透水
10-5≤K<10-4
1≤q<10
含等价开度0.05～0.01mm裂隙的岩体
粉土－细粒土质砂
中等透水
10-4≤K<10-2
10≤q<100
含等价开度0.01～0.5mm裂隙的岩体
砂―砂砾
强透水
10-2≤K<100
q≤100
含等价开度0.5～2.5mm裂隙的岩体
砂砾－砾石、卵石
极强透水
K≤10-5
q≤100
含连通孔洞或等价开度>2.5mm裂隙的岩体
粒径均匀的巨砾
2.2.5
在冻融过程中土中水分的迁移与积聚
1．冻土现象及其对工程的危害： ．冻土现象及其对工程的危害：
水的问题
水的问题指在工程中由于水本身引起的工程问题， 比如基坑、隧道等开挖工程中普遍存在地下水渗 出而出现需要排水的问题；相反在以蓄水为目的 的土坝中会由于渗透造成水量损失而出现需要挡 水的问题；另外还有一些像污水的渗透引起地下 水污染，地下水开采引起大面积地面沉降及沼泽 枯竭等地下水环境的问题。也就是说，说自身的 量（涌水量，渗水量）、质（水质）、赋存位置 （地下水位）的变化所引起的问题。
流速与水力梯度的关系－砂土
砂土的水力梯度 与渗透速度呈线 性关系，符合达 西渗透定律。
流速与水力梯度的关系－粘土
对于密实的粘土，由于 吸着水具有较大的粘滞 阻力，因此，只有当水 力梯度达到某一数值后， 克服了吸着水的粘滞阻 力以后，才能发生渗透。 我们将这一开始发生渗 透时的水力梯度成为粘 性土的起始水力梯度
2.2.4
岩土渗透性分级
岩土渗透性分级： 岩土渗透性分级：
渗透性等级

标准 《水利水电工程地质勘察规范》（GB50287-99）规定，岩土渗透性可按表 水利水电工程地质勘察规范》 ）规定，岩土渗透性可按表2 岩体特征 土类 分级。 －3分级。 分级 渗透系数k （cm/s） 透水率q （Lu）
极微透水
ib
流速与水力梯度的关系－粘土
粘性土不但存在起始水力梯度，而且当水 力梯度超过起始水力梯度后，渗透速度与 水力梯度的规律还偏离达西渗透定律而呈 非线性关系。为方便，用虚直线来描述密 实粘土地渗透速度与水力梯度的关系，用 以下形式表示。
v = k (i i0 )
流速与水力梯度的关系－砾土
在粗粒土中（砾、卵 石等），只有在小的 水力梯度下，渗透速 度与水力梯度才呈非 线性关系，而在较大 的水力梯度下，水在 土中流动进入紊流状 态，渗透速度与水力 梯度呈非线性关系， 此时达西定律同样不 能适用
土的问题
土的问题是指由于水的渗透引起土体内部应力状 态的变化或土体、地基本身的结构、强度等状态 的变化，从而影响建筑物或地基地稳定性或产生 有害变形的影响，在坡面、挡土墙等结构物中常 常会由于水的渗透而造成内部应力状态的变化而 失稳；土坝、堤防、基坑等结构物会由于管涌逐 渐改变地基土内的结构而酿成破坏事故；非饱和 的坡面会由于水分的渗透而造成土的强度的降低 而引起滑坡。由于渗透而引起的代表性例子就是 地下水开采造成的地面下沉问题。
上游
浸润线 下游
流线
H
等势线
l (a) (b)
由水的渗透引起岩土体边坡失稳、边坡变形、地基变形、 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， 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， 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。 能够较好地反映土在孔隙介质中的渗流的运动规律
结论
对于成层土，如果各土层的厚度大致相近， 而渗透性相差悬殊时
与层向平行的平均渗透系数将取决于最透水土层的厚度和渗透性
与层向垂直的平均渗透系数将取决于最不透水土层的厚度和渗透性
概述
水在岩土体孔隙中的流动过 程称为渗透。 程称为渗透 。 岩土体具有渗透 的性质称为岩土体的渗透性。 的性质称为岩土体的渗透性。
2.2
岩土体的渗透性
2．2．1 土的渗透性 由于土中孔隙一般非常微小，水在土体中流动时的 粘滞阻力很大，流速缓慢 层流
水在土中的渗透速度和 试样两端水面间的水位 差成正比，而与渗径长 度成反比
h v = k = hi L
q = vA = kiA
Darcy渗透定律
渗透速度（cm/s或m/s） 渗流量（cm3/s后m3/s） 水力梯度，沿渗流方向单位距离的水头 损失，无因此 h 试样两端的水位差，即水头损失 L 渗径长度 k 渗透系数（cm/s或m/s,m/d） A 试样截面积（cm2或者m2） v q i
2.2.5
在冻融过程中土中水分的迁移与积聚
1．冻土现象及其对工程的危害： ．冻土现象及其对工程的危害：
布范围更广。 布范围更广 。 冻土现象是由冻结及融化两种作 用所引起。 某些细颗粒土层在冻结时， 用所引起 。 某些细颗粒土层在冻结时 ， 往往会发生土 体体积膨胀， 使地面隆起成丘，即所谓冻胀现象。 土 体体积膨胀， 使地面隆起成丘 ， 即所谓冻胀现象。 层发生冻胀的原因， 层发生冻胀的原因 ， 不仅是由于水分冻结成冰时其体 积要增大9 的缘故，而主要是由于土层冻结时， 积要增大9％的缘故，而主要是由于土层冻结时，周围 未冻结区土中的水分会向表层冻结区迁移聚集， 未冻结区土中的水分会向表层冻结区迁移聚集 ， 使冻 土区土层中水分增加，冻结后的冰晶体不断增大， 土 土区土层中水分增加 ， 冻结后的冰晶体不断增大 ， 体积也随之发生膨胀隆起。冻土的冻胀会使路基隆起， 体积也随之发生膨胀隆起 。 冻土的冻胀会使路基隆起 ， 柔性路面鼓包、开裂，刚性路面错缝或折断； 柔性路面鼓包 、 开裂 ， 刚性路面错缝或折断 ； 冻胀还 使修建在其上的建筑物抬起， 引起建筑物开裂、 使修建在其上的建筑物抬起 ， 引起建筑物开裂 、 倾斜 甚至倒塌。 甚至倒塌。