渗透变形简介.doc

渗透变形渗透变形又称为渗透破坏，是指在渗透水流的作用下，土体遭受变形或破坏的现象。渗透水流作用于岩土上的力称为渗透水压或动水压力，只要有渗流存在就存在这种压力，当此力达到一定大小时，岩土中的某颗粒就会被渗透水流携带和搬运，从而引起沿岩土的结构变松，强度降低，甚至整体发生破坏。一、渗透变形类型土工建筑物及地基由于渗流的作用而出现的变形或破坏称为渗透变形或渗透破坏，如土体表面的上浮隆起和土体内部孔隙中的细颗粒土被水流带走而流失等。由于各种土类颗粒成分、级配及结构的差异及其在地基中分布部位的不同，土的渗透变形表现的形式有多种，一般可分为管涌、流土、接触冲刷、接触管涌或接触流土等类型。 1、管涌渗流将土体中细颗粒带走的现象，又称潜蚀。在砂砾石层中，特别在缺乏中间粒径的砂砾石层中最易发生。在未胶结的断层破碎带中也可见到管涌。当岩层的胶结物为易溶的岩盐和石膏时，在渗流作用下，胶结物被溶解带走，又称化学管涌。根据管涌随时间发展的不同情况，可分为发展性管涌和非发展性管涌。前者是指在一定渗透流速下，管涌随时间连续发展，最终引起土体破坏；后者是指在某一渗透流速下，发生管涌，有细粒移动和带出，但其带出量不大，也不随时间而增加，经一段时间后细颗粒甚至停止跳动和带出，渗透系数并不增大，土体仍不失去抗渗强度。2、流土渗流动水压力使土体表层颗粒呈现浮动的现象。坝基往往由于排水失效，致使下游边坡逸出部位的动水压力大于土体自重，而导致流土发生。 流土一般多发生在表层为弱透水层，下部为强透水的砂砾石层组成的双层地质结构中。3、接触冲刷当渗流沿着粗细两种土层接触面或建筑物与地基的接触面流动时，沿接触面带走细颗粒的现象，称接触冲刷。对多层地质结构的土体，各层的渗透系数相差悬殊时，垂直层面渗流将渗透系数小的土层中的细粒带到渗透系数大的土层中的现象，又称接触流失。2、 渗透变形产生的条件1、渗流的动水压力及临界水力梯度 渗透压力：dP=dwrw dh g 动水压力（D）：单位体积土层所受的渗透压力 水下重量dQ=dW-dF=（rsat- rw ）g=r gdl dw 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 。2、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。3、宏观地质因素 （1）、地层组合关系：（单一型、双层型、多层型） （2）、地形地貌条件4、工程因素施工等破坏了表层具有防渗作用的弱透水层。 三、渗透变形的判别 渗透变形的类型可用来区分土类渗透变形可能出现的形式，至于是否出现渗透变形或渗透破坏，则与土的抵抗渗透变形的能力抗渗强度有关。通常以临界水力梯度icr来表示土的抗渗强度，并应用于判别渗透变形与渗透破坏出现的可能性，当然也可以用其他因素来判别。 判别流土和管涌出现的可能性是一个比较复杂的实际问题，因为不同渗透类型的土有不同的判别方法。对此，人们曾做过大量理论和实践的研究，积累了丰富的经验。根据研究结果，对不同渗透类型的土，分别采用经验的临界水力梯度及其容许值来判断，将渗流出口处的水力梯度ic求出，就可判断出渗透破坏的可能性，即当 ic=icr时，处于临界状态; icicr时，处于渗透破坏状态。 四、防止渗透变形的工程措施 产生管涌和流土的条件主要取决于渗透坡降和土的颗粒组成。因此，设计中应当尽量降低渗透坡降，同时增加渗流出口处土体抵抗渗透变形的能力。具体工程措施为： 1设置水平与垂直防渗体，增加渗径的长度，降低渗透坡降或截阻渗流。 2设置排水沟或减压井，以降低下游渗流口处的渗透压力，并且有计划地排除渗水。 3对有可能发生管涌的地段，应铺设反滤层，拦截可能被渗流带走的细小颗粒。 4对有可能产生流土的地段，则应增加渗流出口处的盖重。盖重与保护层之间也应铺设反滤层。应当指出，渗透变形可以是单一形式出现，也可以是以多种形式出现于不同部位。 5.设置反滤层和过渡层 反滤层的作用是滤土排水，防止在水工建筑物渗流出口处发生渗透变形。在土质防渗体与坝身或与坝基透水层相邻处以及渗流出口处，必须设置反滤层。对反滤层的要求是： （1）相邻两层间，颗粒较小的一层的土体颗粒不能穿过较粗的一层土体颗粒的孔隙； （2）各层内的土