中铁地下基坑工程渗漏水问题

地下基坑工程

——水问题

水问题目录渗透性渗透力土粒渗流j渗流量1基坑工程水问题围护结构质量稍有不慎，水会引发险情渗漏水突涌承压水引起突涌破坏管涌不打井点或井点失效后，管涌渗水降水不到位，影响施工渗流改变土体参数、应力状态的变化渗流滑坡水土流失孔隙水在水头差作用下渗透：水通过土孔隙流动的现象渗透性：土允许水流透过的性质造成水量损失，影响工程引起土体内部应力状态变化讨论水在土体中的渗透性及渗透规律，渗透力及渗透变形等问题。2.1渗流中的水头与水力坡降2土的渗透性2.2达西定律2.3渗透系数的测定及影响因素2.4层状地基等效渗透2.5流网碎散性多孔介质三相体系孔隙流体流动能量差土颗粒土中水渗流概述渗流量渗透变形土石坝防渗斜墙及铺盖浸润线透水层不透水层土石坝坝基坝身渗流渗水压力渗流量渗透变形透水层不透水层基坑板桩墙板桩围护下的基坑渗流渗流量透水层不透水层天然水面水井渗流漏斗状潜水面Q影响范围降水深度原地下水位渗流时地下水位渠道渗流渗流量ABL透水层不透水层基坑板桩墙2.1渗流中的水头与水力坡降ABLh1h2zAzBΔh00基准面水力坡降线总水头－单位重量水体所具有的能量z：位置水头，重力势p/γw：压力水头，压力势V2/(2g)：流速水头≈0，动能A点总水头：B点总水头：总水头：水力坡降：水头差：测管水头水力坡降：沿渗透途径水头损失与相应渗透途径长度比值。水流经过单位长度渗透路径为克服摩擦力所耗失的机械能。试验前提：Δh↑，Q↑A↑，Q↑

L↑，Q↓断面平均流速水力坡降试验结果试验条件:

h1，A，L=const量测变量:

h2，V，TΔh=h1-h2Q=V体/T2.2达西定律LAh1h2Q透水石1856年法国学者Darcy对砂土的渗透性进行研究达西定律层流达西叶定律驾：在层流宅状态的凑渗流中签，渗透仍速度v与水力再坡降i的一次妖方成正铺比，并仇与土的渗性质有须关渗透系趴数k:反映乡丰土的筛透水录性能黄的比跟例系那数，解其物傲理意逮义为坦水力拨坡降i＝1时的饥渗流赌速度熄，单涉位：cm哀/s缘瑞,熔m/扣s,派m搜/d换ay，(水力队坡降壳无因罩次的)渗透速例度v：土体缎试样溪全断茫面的批平均嘱渗流涨速度爱，也盈称假库想渗历流速誉度其中袜，Vs为实真际平浩均流养速，堪孔隙卫断面含的平借均流嫩速？？实际理想可模型QQ’模型韵简化汁：同一断萌面Q=Q厕’所受脸阻力责相同压力P=P酿’相同PPAAs表观蝴流速呢（出舌逸流绘速）v=层Q/肃A实际咽流速洞（方指向、耍大小浇各点毫不同详）流速（势渗透流径速）vsAvv：假想卸渗流速挎度，土滚体试样难全断面矮的平均两渗流速恨度vs：实炒际平委均渗烧流速尚度，薪孔隙折断面伤的平赢均渗碍流速磁度平均随流速负与实轮际流涨速的亚关系Q=示vsAvQ=v崇A达西定充律是描冠述层流判状态下增渗透流守速与水宣头损失班关系的枝规律，已即渗流藏速度v与水渔力坡惧降i成线性奋关系只适用女于层流范围。杰在土木毯工程中斜，绝大禁多数渗雕流，无夺论是发灵生大多棵数砂土杰中或一饮般的粘扣性土中呢，均属宅于层流监范围，摄故达西枪定律可攻适用。v=岁ki适用槐范围紊流谊？？层流！置！土类渗透系数k(cm/s)渗透性纯砾>10-1高渗透性中、粗砂、砾砂10-3~10-1中渗透性细砂10-5~10-3低渗透性粉土、砂与粘土混合物10-7~10-5极低渗透性粘土<10-7几乎不透水层流雷诺耻数Re＜1-1墓0层流Re＞100紊流100＞Re＞10过渡区流线不蕉相交流线址相交腔，旋每涡层流紊流v-平均过流速d-土平淋均粒常径η-粘滞系狗数v=k刊i在粗梨粒土宇孔隙饰中，龟水流揪形态半可能揉会随块流速壶增大轰呈紊嘉流状处态，局渗流僚不再舱服从虑达西药定律雷诺枯数粗粒院土：砾石类此土中的剖渗流不籍符合达址西定律vcrivovcrivoi0两种特艇例粘性土泽：致密合的粘奴土i>短i0,怀v=塘k(乎i欢-边i0)不适躲用范言围紊流室内试煎验测定兵方法野外叫试验员测定已方法常水纯头试沃验法变水头王试验法井孔抽答水试验井孔猴注水兄试验2.至3渗透楚系数腿的测光定及捷影响招因素渗透系享数的大察小是直走接衡量爱土的透肉水性强颗弱的重捐要力学埋性质指伤标。结果整写理试验岗条件:Δh，A，L=磨co节ns厉t量测拜变量:V，ti=Δ熄h/LV=签Qt勒=v肺Atv=k目i适用土昂类：透水友性较煌大的谊砂性口土hL土样AVQ透水性怕较小的士粘性土?室内涛试验1不变的绵水头差模型罚简化忽：常水头束试验试验装毕置：如图试验条表件:Δh变化，A，L=c伴ons急t量测箩变量:Δh，t土样At=t1h1t=t2h2LQ水头测管开关a室内试干验2变水头再试验结果整足理:理论育依据:t时刻：ΔhdtdhdVe=-破ad舞hdVo=k幅iA跑dt芽=k抖(Δh/辟L)A床dtdVe=dVo流入量：流出宇量：连续同性条番件：-ad暖h=韵k(Δh六/L葛)A谊dt选择几涉组Δh1,Δh2,税t，计欧算相桑应的k，取平城均值土样At=t1h1t=t2h2LQ水头测管开关ahdhtt+dt优点：疯可获得拥现场较拼为可靠继的平均摘渗透系第数井抽水量Qrdhdrh不透水消层地下水位≈测压管水面r1r2h1h2观察井A=萝2πrhi=d注h/d灭r缺点：毫费用较它高，耗芳时较长积分野外试申验井半舒径降水影举响半径井的艳水深Hh0r0公式1R公式2抽/注水试啄验粒径大欺小及级段配孔隙龟比矿物成伯分结构饱和投度（唯含气麻量）水的动慎力粘滞张系数K影响因排素是土闪中孔欣隙直俭径大摇小的仙主要材影响说因素肤；因辛由粗棋颗粒伶形成逮的大历孔隙鞋可被牲细颗鄙粒充管填，姥故土码体孔库隙的董大小裁一般鞭由细且颗粒捞所控刺制。是单位舌土体中勒孔隙体标积的直越接度量袜；对于石砂性土动，渗透伍系数k一般宰随孔孟隙比e增大而殊增大。对粘扇性土嘉，影抛响颗姐粒的姥表面志力；缺不同纹粘土惨矿物衰之间肚渗透宜系数意相差蹲极大顶，其过渗透波性大爆小的条次序往为高楚岭石>伊里石>蒙脱希石；渣塑性尝指数Ip综合反距映土的化颗粒大轨小和矿储物成份丑，常是馆渗透系吼数的参叫数。影响烈孔隙爬的构叠成和尘方向敞性，捏对粘虏性土益影响限更大暗；在圆宏观瞎构造冒上，佛天然滔沉积铲层状秧粘性湖土层虾，常吵使得k水平﹥k垂直；在微及观结构先上，当杜孔隙比挡相同时艘，凝聚池结构将点比分散眼结构具密有更大告的透水夏性。粒径大姜小及级配西度结构矿物成马分孔隙星比土粒健特性饱和刘度sr(%)渗透惕系数k(1嘉0-3cm询/s束)876543280止9辟0晌100饱和袄度的奔影响流体粘鄙滞性的岂影响温度高粘滞寄性低渗透系脱数大封闭惹气泡撒对k影响五很大跟，可较减少摩有效嫁渗透荣面积衡，还厌可以顾堵塞洁孔隙在的通军道流体牧特性x不透腔水层条件:等效穗渗透希系数:L1122水平渗屑流2.寻4层状地向基等效嫁渗透xzv承压延水条件:等效衔渗透缸系数:vi=荐ki(Δhi/Hi)竖直紧渗流按层厚迹加权平沿均，由洗较大值叮控制倒数层薯厚加权占平均，驻由较小祖值控制算例井点团降水艺原理降水井跨原理止水帷刚幕+降水贤井回灌井迅原理降水登适用刊范围流网辰及其菜特性流线壳和等覆势线电正交流网炭中每雹一网裤格的物边长辫比为常幕数，轮通常程取为1流网货中相税邻等齿势线坊间的堂势函数（州水头）芽差不变各流槽精的渗流荣量相等在流苗场中讯，流感线和帆等势盒线（渔等水沾头线嗓）组罗成的猾网格项称为鸣流网H=H1-H20H1H2不透水层lsabcdefgh2.5流网流网制识别H=H1-H20H1H2不透水层f测管水倡头h确定固流速确定流赖量水力驼坡降hhhH1-hH1H1-2hqqqq流道坟数2.5流网流网泻应用典型流轿网分析接近坝络底，流疑线密集揪，水力想梯度大火，渗透完速度大远离托坝底誉，流置线稀绝疏，贷水力矿梯度披小，考渗透舒速度清小3渗流量水井是动最为常峰见的集孤水（地园下水）向建筑物相。①根旺据井秤径的脑大小眠和开袭凿方糟法的真不同另，分衡为筒盒井和划管井超。②按环含水肯层埋析藏条兰件分醋为：峡潜水刑井和商承压史水井绑。③按摩水井步进入凉含水荷层的设深度某分为化完整唤井和拘不完瞧整井杏。水井完整井不完整班井不透水大层水井18雕63年法穴国水鸭力学租家裘讨布依(D腾up赴ui碰t)首先应页用直线蜂渗透定刷律研究以了地下卷水向完督整井的详稳定运眼动规律杯，推导承出了著加名的裘炕布依(D支up哭ui博t)公式筹。1.1公式推径导时的偷假定条耀件①地下水可运动为河稳定流攀，符合偿达西定予律，即圆：Q＝KFI；②含水屡层均涂质、确等厚逮，各蒸向同营性；③含水捉层的翠隔水园底板创水平墓，天羊然水柴力坡溪度为上零；④边界条料件为环渐形补给宣边界(半径扁为R)；⑤抽水井堵流量稳鸦定不变倍。渗流量1潜水完激整井井抽水招量Qrdhdrh不透水塔层Hh0r0R降水漏旷斗初始怪水位笔面1.2推导满过程地下水讽流向为射指向水钟井中心仁的放射艰状直线鸟，等水牌位线为岩以水井筋为中心加的同心骆圆柱面室，且：Qr1=Qr2=…包=Q摇=妖Av茧=A往ki誉=梦Ak△h/L，根据术达西鲜（Dar投cy）定层律，屑有：分离变须量：积分穷得：rdhdr不透大水层hQrhdr代入定损解条件滴：移项：或写士成常阵用对肾数形符式：1.逮3窗T羊hi折em但(蒂姆)公式两个讯观测为孔一个观类测孔井抽水量Qrdhdrh不透水兵层Hr0RKM2.承压幻玉完整望井2.2推导过喇程①地下水围流向为庙指向水扔井中心介的放射围状直线朋，等水增位线为悄以水井面为中心秃的同心叔圆柱面弯，且：Qr1=Qr2=…=Q②根据达欢西（Da裁rc蠢y）定律音，式中婆，T=K叹M写成常逝用对数帐形式：2.占3爷Th腿ie板m(蒂姆)公式两个观毙测孔一个观久测孔土类渗透系数k(cm/s)渗透性纯砾>10-1高渗透中、粗砂、砾砂10-3~10-1中渗透细砂10-5~10-3低渗透粉土、砂与粘土混合物10-7~10-5极低渗透性粘土<10-7几乎不透水不同消土质KQ=狮vA旅=k不i由A单位窝时间雾内流矛过某婚一段迈土体姨的流重体体月积，m3/s纯砾：V总=Q仗T=辽k铅i阁A栗T=仇0.雀1×0.3×36继00×24×A(俱cm3)=2婚0m3细砂采：V总=10-3×20=冷0.0报2m3密实共粘土来：V总=2×10-6=报0例：乌渗水直胜径1m，水逗力坡假降0.3，24小时伙的水榨量？4土的渗桥透变形4.1渗透力4.2渗透捐变形4.3防治塞措施土粒渗渣流j定义才：单位土键体内土衔骨架所育受到的灵渗透水括流的拖肆曳力。j液=γwi大小：方向：与渗送流方嘴向一耐致作用对壁象：土骨其架4.1渗透裹力土工建筑筑物及友地基由亿于渗流药作用而鸭出现的躲变形或拌破坏。基本棕类型流土管涌形成判条件防治措剥施4.2渗透须变形突涌管涌傻土非管谦涌土在很巧大的危水力驰梯度羡下也千不会匆发生备管涌在不肃大的恶水力也梯度磁下就壮可以假发生疏管涌流土型管涌型粘性土无粘性新土过渡的型土只有流城土而无致管涌与土剥的颗欢粒组皮成、袍级配赶和密帜度等桃因素秋有关与密度蒸有关，溜大密度林流土，放小密度涝管涌粘性土k1<<k2砂性土k2坝体粘性舅土基耗中，敌土颗先粒间环有粘港结力页，个充体不胀易被零冲动夏携带雅，在侄向上冒的渗察透作漂用下务，表层局尿部土体颗蹦粒整体判同时发厕生悬浮恳移动的现象渗流原因帽：4.2渗透矮变形流土i<能icr:i战=icr:i>待icr:土体月处于怜稳定篮状态土体哄发生铸流土数破坏土体处到于临界匀状态任何土衣，包括纵粘性土容或无粘揉性土,渗透坡府降大于态临界水友力坡降积这一个哀事实，然均要发范生流土涝。即i>icr土粒任何涉土，君包括平粘性智土或足无粘认性土,渗透坡竭降大于景临界水告力坡降画这一个雾事实，信均要发泥生流土贤。即i搏>icr透水层基坑板桩顺墙ΔHLH1不透赶水层基坑ΔHLl1i养<柴icr:i>志icr:土体作处于茂稳定乐状态土体发野生流土笼破坏坝体原因内因：绸土中粗钩颗粒所龄构成的护孔隙直骆径必须亲大于细堆颗粒的逮直径外因：级渗透力嫌足够大渗流过程之演示1.在渗透冶水流作疯用下，黄细颗粒壳在粗颗音粒形成技的孔隙轨中移动找流失2.孔隙不工断扩大绝，渗流算速度不呈断增加椅，较粗顺颗粒也战相继被失水带走3.形成贯扩穿的渗光流通道各，造成眯土体塌彼陷管涌4.2渗透库变形在渗流级作用下组，一定刃级配的牧无粘性业土中的据细小颗链粒，通热过较大铸颗粒所锦形成的澡孔隙发侍生移动楼，最终甜在土中永形成与先地表贯区通的管易道。较均皆匀土（Cu≤泼10）管涌几何条家件水力条啄件必要条热件级配孔隙及守细粒判定非管类涌土粗粒形歌成的孔沟隙通道涨小于细远粒径不均匀土（Cu罪>1逝0）不连裳续连续D0=0.遥25d20细粒含透量>3迁5%细粒隐含量<25析%细粒杰含量=25蔬-35鉴%D0<d30D0>d50D0=织d30-d50管涌土过渡垂型土非管居涌土非管涌辱土管涌颂土过渡型看土(1)几何滥条件土中兼粗颗咱粒所翅构成番的孔鼻隙直吩径(D0)必须大娃于细颗绪粒的直蜘径(ds)，才可能坡让细颗商粒在其妖中移动撕，这是衫管涌产关生的必要条翅件。一般发压生在无泥粘性土券中。(2穗)水力条便件渗透力母足够大己，能带凯动细颗洞粒在孔拐隙间滚扎动或移粱动砂层基坑板桩功墙ΔHL不透水币层承压水暂层粘土亩层流土沉与管买涌的拔比较流土土体广局部迟范围笋的颗制粒同部时发非生移逝动管涌只发桨生在绳水流寻渗出喘的表蚁层只要昆渗透裁力足块够大解，可征发生恒在任刷何土耕中破坏请过程息短导致宣下游绑坡面简产生移局部委滑动肯等现象位置土类历时后果土体井内细迁颗粒草通过饭粗粒幼形成橡的孔手隙通悟道移疲动可发生矛于土体必内部和混渗流溢牌出处一般发葛生在特堡定级配团的无粘任性土或签分散性草粘土破坏过局程相对袜较长导致谣结构猎发生纱塌陷凑或溃你口突涌4.2渗透叨变形当基坑会下有承长压水存拦在，开劝挖基坑里减小了勇含水层趴上覆不商透水层踏的厚度虹，在厚奥度减小汁到一定阅程度时预，承压妨水的的扫水头压撞力能顶终裂或冲统毁基坑员底板，激引起基回坑底土啊体隆起骨破坏并预同时发愉生喷水阴涌砂的苏现象。基坑板桩墙基坑突用涌，偏净保守承压水要层不透水赚层(粘土燥等)不透水龙层(粘土驼等)Hh规范意：4.离2渗透变炉形基坑板桩墙基坑考突涌承压水滑层不透姓水层(粘土粱等)不透水矛层(粘土等)Hh考虑土烈体剪切亡强度理论胸研究您：突涌土的谁临界桃水力肯梯度抗渗强淡度：土夹体抵抗牵渗透破乎坏的能冠力，通朱常以濒深临渗透盆破坏时砍的水力仇梯度表狂示，一辫般称为临界景水力梅梯度或抗渗梯穿度，此逮时土安体结攀构破认坏，镜土粒溜处于忽一种县悬浮境状态课。4.昌3临界水疮力梯度流土夫型土谜的临各界水我力梯头度流土优的临著界水塞力梯愁度决徐定于璃土的携物理苦性质菌，当蝴土的穿比重驼和孔触隙率沿已知洁时，担则土块的临屋界水寺力梯述度是夹一定学值，依一般油在0.8抚~1.另2之间根据竖叮向渗流约不考虑宋周围土纺体的约牺束作用牙情况下坡推得的继，因此奏，按此拢式求得蜘临界水两力梯度印偏小，恐一般比渴试验值狮要小15％～20％粘性土驴的临界源水力梯递度粘性土机由于粒缘瑞间粘结讨力的存榨在，其压临界水赏力梯度尺较大。粘性债土与洒无粘虏性土印的流窝土破找坏机奴理不页同，迎后者拆是由喝于渗北流力奇的作纠用，宴前者小则还惜与土晴体表译面的知水化皇崩解杠作用国（水毫稳性容）以木及渗卷流出林口临沈空面谋的孔晌径有返关。销水科欠院建车议对损粘性之土逸出梯违度与渗萍透稳定流土拼一般禁发生哈在渗覆流逸亭出处警。因蓄此只块要求丽出渗绳流逸惑出处叛的水系力梯希度，登就可三判别唤流土趣的可箱能性萌。土处于顽稳定状求态土处于扩临界状际态土处于糠流土状默态逸出环梯度鞋与渗笨透稳韵定渗透逸遮出的水锁力梯度绝实际上豆是不可贫求出的存，通常膝是把渗期流逸出如处的流珍网网格灰的平均船水力梯族度作为情逸出梯沫度。在设计睡时，为启保证建甚筑物的滑安全，号通常要柏求将逸兼出梯度王限制在孝容许梯改度之内安全系闪数Fs=1.屈5~2透水层基坑管涌他型土此的临句界水赢力梯抱度管涌杨是单浓个土销粒在湿土体新中移延动和神带出牢，水惹科院丘提出俊的管气涌土坐临界无水力午梯度包的计驶算公猪式为根据渗序流场中识单个土建粒受到