第八章_渗透变形工程地质研究

1、 渗透变形的类型及产生条件PPT制作：演讲:地下水在渗流过程中对岩土体作用的力，称渗透力渗透力或动动水压力水压力。当此力达到一定值时，岩土中一些颗粒、甚至整体就发生移动，从而引起岩土体的变形和破坏。这种作用或现象，称之为渗透变形渗透变形或渗透破坏渗透破坏。由此产生的工程地质问题，就是渗透稳定性问题渗透稳定性问题。 第一节 概述 2003年7月1日凌晨4时，正在施工中的上海轨道交通4号线（浦东南路至南浦大桥）区间隧道浦西联络通道发生渗水，随后大量流沙涌入，引起地面大幅沉降。上午9时左右，地面建筑物中山南路847号一幢八层楼房发生倾斜，其裙房部分倒塌。由于报警及时，所有人员提前撤出，无人员伤亡。

2、二二、渗透变形的类型、渗透变形的类型 1.管涌：在渗流作用下，单个颗粒发生独立移动的现象，又称为潜蚀。 根据渗透方向与重力方向的关系： 垂直管涌 水平管涌二、渗透变形的类型二、渗透变形的类型接触管涌接触管涌：当粗细粒土相互叠置时，接触面上发生的管涌。 按渗流方向与土层接触面的关系： 垂直接触管涌垂直接触管涌：在垂直于土层接触面的渗流作用下，细粒 土层的单个颗粒向粗粒土层孔隙移动的现象。 平行接触管涌平行接触管涌：在平行于粗、细粒土层接触面的渗流作用 下，由于粗粒土层的渗透速度较细粒土层大 得多，而使接触面附近的细粒土层中的颗粒 被携走的现象。 二二、渗透变形的类型、渗透变形的类型2、流土：在渗

3、透作用下，一定体积的土体同时发流土：在渗透作用下，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生移动的现象。常发生于均质砂土层和亚砂土层中 潜蚀和流土是可以转化的，潜蚀的发展演化，潜蚀和流土是可以转化的，潜蚀的发展演化，往往可以转化为流土往往可以转化为流土一、渗流的动水压力及临界水力梯度一、渗流的动水压力及临界水力梯度 当地下水在松散土体的孔隙中渗流时，土颗粒与水流围绕接当地下水在松散土体的孔隙中渗流时，土颗粒与水流围绕接触触(图图74)。由于水流流线之间以及水流与土粒接触面上摩擦脚。由于水流流线之间以及水流与土粒接触面上摩擦脚阻力的作用，使得水流产生水头损失阻力的作用，使

4、得水流产生水头损失(图图75)，因而渗流的水压，因而渗流的水压力下降。此时每一个土颗粒在水头差作用下，承受了来自水流的力下降。此时每一个土颗粒在水头差作用下，承受了来自水流的渗透力。渗透力。 第二节第二节 渗透变形产生的条件渗透变形产生的条件( (一一) )、渗流的动水压力及临界水力梯度、渗流的动水压力及临界水力梯度流入：pA= h1 wg dw 流出：pB= h2 wg dw 渗透压力：dP=pA-pB=dww dh g dwdlgdFdwdlgdWIgdldhgdldwdPDsat水下重量水下重量dQ=dW-dF=(dQ=dW-dF=( satsat- - ) ) g gdldl d dw

5、 =w = g gdldl d dw w动水压力（D）：单位体积土层所受的渗透压力当当dp=dQdp=dQ时，单元体处于临界悬浮状态，即将发生流土。时，单元体处于临界悬浮状态，即将发生流土。此时渗流的水力梯度为此时渗流的水力梯度为临界水力梯度临界水力梯度IcrIcr 土的抗渗土的抗渗强度。强度。则有：则有： d dw w dh dh g= g= g gdldl d dw w dh/dl= dh/dl= / / Icr=dh/dl= Icr=dh/dl= / / Icr= Icr= =( =( s s-1)(1-n)-1)(1-n) 太沙基公式太沙基公式土粒越密实，土粒越密实， n n 越小，越

6、小， Icr Icr 越大，土体越不容越大，土体越不容易发生渗透变形。易发生渗透变形。土的侧压力系数式中：我国水利部门：扎马林：gctgIcrnn(Icrs)1 (5 . 0)1)(121,管涌的管涌的IcrIcr的求取较为复杂，通过试验测定。的求取较为复杂，通过试验测定。土体结构包括了土中粗细颗粒直径比例、细粒物质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。含量、土的级配等。1、粗细颗粒直径比例粗细颗粒直径比例 最优比例：最优比例：d0/d=8d0 ：孔隙直径：孔隙直径 d：细颗粒直径：细颗粒直径 D：粗颗粒直径：粗颗粒直径天然无粘性土天然无粘性土 n=0.395 D/ d

7、0 =2.5 D/d=20 有利于管涌有利于管涌土体的排列方式决定着土体的排列方式决定着D / d0 的值：的值： 当排列疏松时，当排列疏松时， D / d0 减小，减小， D/d减小，渗透变形广泛减小，渗透变形广泛 当排列密实时，当排列密实时， D / d0 增大，增大， D/d增大，渗透变形不广泛增大，渗透变形不广泛( (二二) )、土体结构特征抗渗强度、土体结构特征抗渗强度2、细颗粒的含量细颗粒的含量 用细颗粒含量用细颗粒含量 来判别双峰型砾土的渗透变形型式：来判别双峰型砾土的渗透变形型式： 35% 流土流土 25% 管涌管涌 =25%35% 流土或管涌，取决于砾土的密实度流土或管涌，取

8、决于砾土的密实度及细颗粒的组成及细颗粒的组成 中等以上密实度、细颗粒的不均匀系数较小的砾中等以上密实度、细颗粒的不均匀系数较小的砾土，发生流土土，发生流土 细颗粒成分中粘粒含量增加，可增大土的凝聚力，细颗粒成分中粘粒含量增加，可增大土的凝聚力，土的抗渗强度增加，不易发生渗透变形。土的抗渗强度增加，不易发生渗透变形。3、土的级配特征土的级配特征：不均匀系数：不均匀系数Cu=d60/d10Cu20 管涌管涌 砾质土砾质土Cu:1020 流土或管涌流土或管涌1、地层组合关系：（单一型、双层型、多层型）、地层组合关系：（单一型、双层型、多层型） 单一型：多位于河流的上游，一般为砂卵（砾）石层，单一型：多位于河流的上游，一般为砂卵（砾）石层，一般发生管涌，随着细粒成分的增多，可能流土。一般发生管涌，随着细粒成分的增多，可能流土。 双层型：主要考虑表层粘性土的性质、厚度、完整程双层型：主要考虑表层粘性土的性质、厚度、完整程度度 多层型：除考虑表层粘性土层外，还考虑砂层透镜体多层型：除考虑表层粘性土层外，还考虑砂层透镜体或粘性土层透镜体或相变等造成水力梯度的突变等原因。或粘性土层透镜体或相变等造成水力梯度的突变等原因。 2、地形地貌条件、地形