第六章渗透变形..ppt

第六章渗透变形工程地质研究,第一节概述第二节渗透变形产生的条件第三节渗透变形的预测第四节渗透变形的防治,1概述一、概念渗透变形：渗透水流作用于岩土上的力,称渗透压力或动水压力。当此力达到一定值时,岩土中一些颗粒甚至整体就会发生移动而被渗流携走,从而引起岩土的结构变松,强度降降低,甚至整体发生破坏,这种工程动力地质作用现象,称之为渗透变形(seepagedeformation)或渗透破坏。,二、渗透变形的类型：管涌和流土,1.管涌：在渗流作用下，单个土颗粒发生独立移动的现象，又称潜蚀。潜蚀普通发生在不均匀的砂层或河卵（砾石）层中,细粒物质从粗粒骨架孔隙中被渗透携走,使土层的孔隙和孔隙度增大，强度降低,发展下去会呈现”架空结构”,甚至造成地面塌陷.,潜蚀包括机械潜蚀和化学潜蚀。机械潜蚀：为不溶解颗粒被渗透水流带走，也是经常发生的。渗流的机械冲刷力把细小的土颗粒带走，而大的颗粒仍留在原处。化学潜蚀：当土中含有可溶性组分被渗透水流溶解和搬运，使土的颗粒结构变松，空隙度增大，水流的渗透能力增强。这在含有可溶组分的土石中常见。渗透水流通过一系列特有作用过程使土体中某些颗粒松动、脱离、被水携带和搬运，从而导致土中形成孔洞通道及孔洞通道的不断向源延伸和扩大。根据渗透方向与重力方向的关系：垂直管涌：渗流对土颗粒的上托作用,使之松动、悬浮和携出地表的现象。水平管涌：在水平方向细粒物质从粗粒骨架空隙中被水流携走的现象。,2.流土：在渗流作用下，一定体积的土体同时发生移动的现象。常发生于均质砂土层和亚砂土层中。,接触管涌：当粗细粒土层相互叠置时，接触面上发生的管涌。,二、渗透变形实例现象,渗透变形,一般发生在无粘性土和粉土中。1水坝：管涌甚至流土坝基坝体,2基坑:开挖流土（流沙）基坑表面截水沟排水基坑排水,2渗透变形产生的条件,1.渗透变形的动力-动水压力当动水压力岩土抗渗强度（岩土抵抗渗透水流作用的能力），产生渗透变形。一、渗流的动水压力及临界水力梯度,渗透压力：dP=dwwdhg动水压力（D）：单位体积土层所受的渗透压力,水下土体重量：dQ=dW-dF=(sat-)gdldw=gdldw当dP=dQ时，土颗粒处于平衡状态,当dp=dQ时，单元土体处于悬浮状态，发生流土。此时渗流的水力梯度为临界水力梯度Icr。,即有：wgdwdh=gdldwdh/dl=/Icr=dh/dl=/,Icr=(s-1)(1-n)太沙基公式这是一般应用的松散砂质土产生流土的临界水力梯度计算公式。,从上式可以看出，土粒越密实，n越小，Icr越大，土体越不容易发生渗透变形。,管涌的Icr的求取较为复杂。通过试验测定,二、土体结构特征抗渗强度土体抗渗强度取决于其本身的结构,制约渗透变形发生的土体结构特性,包括土中粗细颗粒直径比例,细粒物质的含量和土的级配特征,颗粒形状及排列方式等因素。,1.粗细颗粒直径比例只有当土中细颗粒的粒径d小于粗颗粒的骨架孔隙直径d0时,才能发生潜蚀，据研究其最优比为：d0/d=8,d0：孔隙直径d：细颗粒直径D：粗颗粒直径,一般天然无粘性土均为混粒结构,其孔隙率多为n=0.395，大颗粒粒径D与其孔隙d0比为D/d0=2.5,所以有利于发生潜蚀的粗细粒径比为D/d=20。,土体的排列方式决定着D/d0的值：当排列疏松时，D/d0减小，D/d减小，渗透变形广泛当排列密实时，D/d0增大，D/d增大，渗透变形不广泛,2.细颗粒的含量,实验资料证实:当细粒含量达20%-30%.产生渗透变形所需的水力梯度值急剧增大。水利水电科学院在试验基础上提出用细颗粒含量来判别天然无粘性土分布曲线为双峰型（颗粒分布曲线具两峰点，峰点点有一明显“断裂点）的渗透变形型式：35%流土I允发生渗透变形I实I允不发生渗透变形,4渗透变形的防治,常有防治措施(1)改变渗流动力条件(2)保护渗流出口(3)改善土石性质等一、建筑物基坑及地下巷道施工时流沙的防治措施.1、建筑物基坑:1)人工降低潜水位2)板桩防护墙2、地下巷道:水平巷道:盾构法施工竖井:沉井式支护抗掘进,一、防治原则1.改变渗流的水动力条件，减少动水压力即降低水力梯度2.改变土体结构，提高抗渗能力,二、汲水井的防止管涌措施主要措施是在过滤昔管与井壁间隙内充填反滤料的保护渗流出口。三、