工程地质学基础讲义第七章渗透破坏

第七章

渗透变形工程地质研究

概述渗透变形产生的条件渗透变形的预测渗透变形的防治提要第一节概述

一、概念

渗透变形：在岩土体空隙中运动的地下水叫做渗流，它对岩土体作用的力叫做渗透力，当渗透力达到一定值时，岩土体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，强度降低，甚至整体发生破坏。这种工程动力地质作用或现象，称之为渗透变形或渗透破坏。

二、研究意义基坑降水抽水井堤岸1998年长江洪水险情以渗流险情最为普遍，沿长江6000余处险情中就有400余处属渗流险情。其中管涌被视为险中之险。一般来说，长江中下游平原冲积地层，上面是粘性土；往下是粉砂、细砂等，砂层间也有粘性土夹层的，再往下则是砂砾及卵石等强透水层，在河床中露头与河水相通。在汛期高水位时由于渗水流经强透水层压力损失很小，堤内数百米范围内粘土层下面仍承受很大的水压力，如果这股水压力，冲破了粘土层，下面的粉砂、细砂就会随水流出（在没有反滤层保护的情况下），从而发生管涌。东榆林水库副坝溃决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。三、闷渗透德变形唱的类役型1.潜蚀悦：在顶渗流谷作用查下，设单个皇细颗轿粒沿童土体膝骨架观中的虎孔道况发生汉移动弄带走伸的现寻象，运又称彻潜蚀恶。根据录渗透森方向何与重绍力方镜向的赔关系影：垂直异管涌水平薪管涌管涌妨分类机械境潜蚀末和化码学潜娱蚀：机械慢潜蚀题：指渗慰流的百机械陆冲刷茧力把萝细小独的土察颗粒涉携走堡，而救较大柏颗粒端仍留己在原个处。化学歌潜蚀骂：当土教中含它有可序溶盐蹦类的泛颗粒崖或胶衬结物凝时，疤水流袋溶蚀炊了它肢们，轰使土见的结尼构变存松，胀孔隙极度增渗大，裤水流社的渗丢流能亩力加裹强，鹅这就锻是化董学潜呀蚀。根据时渗透写方向挖与垂漆直方拿向的付关系痛，可鹿将管好涌分致为垂钳直管瞧涌和四水平详管涌色。当粗屠、细挎粒土蝴层互籍相叠滋置时律，在神它们剪接触僚面上山的渗千流作监用下沈所发夸生的李管涌者，称库接触伸管涌浸。按侧渗流薪方向狗与接荣触面晃的关桂系，疫亦可院分为示垂直盏接触吗管涌旅和平芳行接痛触管岂涌。2.流土：在检渗透股作用迫下一桃定体水积的屋土体萝同时析发生浑移动族的现繁象，口称流到土或吼流沙浙。常炸发生巨于均角质砂掩土层元和亚包砂土葛层中睁。流淋土的溜危害筹性较肆管涌速大，押它可奶使土链体完爹全丧翼失强元度。潜蚀贫和流尼土是腊可以绳转化觉的，胖潜蚀抄的发堤展、演化达，往产往可础以转兔化为笛流土姥。第二元节尊渗压透变柔形产疼生的摄条件一、防渗流揭的动幕水压浓力及临界皮水力轮梯度流入惯：pA=童h1

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>3肠5%流土

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=2吉5%叮~3哀5%流土妻或管桂涌，缩慧取决住于砾具土的贤密实稻度及余细颗召粒的镜组成中等庆以上坑密实汉度、滋不均泛匀系利数较杠小的银细粒纺土，膛发生牙流土竹。细颗戒粒成隐分中瞒粘粒锈含量与增加程，可伯增大套土的所凝聚泥力，俯土的抗渗皮强度筑增加撤，不寒易御发生幕渗透臂变形影。3.土的裤级配土特征轧：不说均匀胞系数Cu顽=d60/d10Cu汇<1辉0流土Cu概>2穗0管涌Cu＝10祝-2袭0流土驼或管根涌临界捕水力借梯度弓与土请不均晨匀系征数曲驼线三、穴地层旦组合猫关系单一饱型：多片位于恨河流齐的上各游，豪一般色为砂颤卵（结砾）石层折，一品般发办生管洲涌，存随着昂细粒胖成分渡的增多员，可置能流娘土。双层椒型：主棉要考梦虑表旺层粘倡性土收的性鱼质、课厚度汇、完整程胶度。多层圣型：除注考虑识表层伞粘性跑土层蹄外，横还考忘虑砂唤层透镜体乳或粘摄性土乱层透原镜体亦或相服变等集造成桐水力梯堪度遭的突狗变等坝原因匀。四、逝地济形地康貌条华件沟谷姓切割和等改戒变了类渗流聪的补争给、腰渗流内的长上度、窝出口净条件深等五、粪工同程因阁素施工消等破舅坏了损表层极具有惹防渗所作用唯的弱神透水还层。第三狼节爬渗腰透变造形的南预测预测宰步骤1.根据嗓土体不类型汽和性笋质，出判定鲜是否霞容易芹发生救渗透隐变形登及变秀形的痕类型2.确定谁土体搭中各您点的撤实际矮水力哥梯度3.确定仰相对啦于该易土体突的临殖界水赞力梯贴度和逮允许绍水力穷梯度4.判定手渗透意变形该的可省能性医及其户范围一、切渗透惩变形荐类型靠的确犬定1.粗细迅颗粒是比例2.细粒脸物质条含量3.土的值级配颗粒兴分析清曲线恼形式敲与渗柳透变尊形类游型三、芳实际靠水力携梯度食的确费定常用章方法淡有：水力羽学方四法：育计算僚及图访解——模型线模拟缠法——数值突计算泛法——理论杯计算魔法：四、衫临界符水力派梯度物与允屈许水煮力梯占度的痛确定允许偷水力俯梯度：m—与地忠质条验件和雀工程年重要门性有酱关：砂土渡：m＝1.幼5-狠3.丛0粘性声土：m＝临界殃水力阁梯度虑的确喂定方眠法：图表吓法试验史法理论校计算唐法五、酷渗透顶变形斤可能挠性判奴定I实>I允发生柴渗透叨变形I实<I允不发傲生渗保透变器形第四茅节拆渗透乞变形倘的防味治一、艺防治台原则1.改变颠渗流稍的水侍动力洗条件务，减箩少动镜水压赢力即模降低驴水力驱梯度2.改变生土体选结构女，提榴高抗侨渗能倾力二、究防治受措施1.垂直棋截渗暂：防紫渗帷蹄幕2.铺盖3.人工晕降低拣地下玻水位4.反滤蔽盖重5.物理弱、化滋学方蛾法改雹造冻结朽、电乡丰动硅订化、授灌浆消（化捉学浆景液）基坑反滤跳层的扯设计肯与施姿工在导挎渗沟裙、贴碧坡反菌滤、斧减压蚁沟、分减压读井等喝的设怒计中刻均有章反滤俭层的抽设计影问题说，为竭此专编门进呢行讨俊论。（一挥）反垄滤层篇的用务途反滤个层是枯排水羡设备拘的主沸要组少成部债分，误其作策用是首滤土秃排水规，防护止渗昨流逸贤出处属遭受牙渗透砍破坏馒以及台渗流悉造成剑的表警面水犁流冲可刷。饰对有均承压裙水的它地层毒还起漠压重正作用斩。（二刺）对乏反滤待层的痛要求1.透水痕性应劳大于览被保乱护土撇，并薄能将纺渗透嫩水流弟通畅篮排出程；2.使被绝保护农的土离层不拿发生谋渗透绵变形污；3.不致漆被细施颗粒绢淤塞处失效搬；（三堪）撕反滤卸层的最类型划分羽反滤擦层类肥型的虚目的故主要截是为先了合验理地蜻确定纯反滤梯层数啄，因换此只挨分两封种类隶型。1.嗽Ⅰ型反糟滤：翠其特换点是双反滤街层位驶于被廉保护裙土层猾的下警部，俊渗流催方向晋主要优由上片向下饺（图A）。戒如褥卖垫排透水。2.凡Ⅱ型反缺滤：抹其特尤点是滤反滤窜层位属于被效保护盆土层奥的上搁部，蹲渗流跌方向复主要略由下士向上赔（图B）。光如减计压沟薪的反鹿滤层惑。渗流狠方向终近乎夫水平冤或倾住斜向侄，反毯滤层删近乎经垂直宇或倾放斜向财的情讽况，触属于读过渡指型，割如减诵压井浑、贴傍坡反降滤等吉，可贴归为Ⅰ型。图A拘Ⅰ型反兄滤图B快Ⅱ型反私滤（四隐）暂反云滤层袋的设膊计内脂容反滤柄层的布设计莫可分挑为保不护无该粘性罢土和女保护床粘性椅土两东大类壤，设霜计内弃容有周：1.确定饭反滤卡层的掀类型刮；2.根据触滤土喇准则锯，确概定反桃滤层客的级亏配或端选择症土工茎织物嫁产品麻。并沫据以粪选择去宜于野作反迁滤层液的天合然料挪场或耽确定闭人工璃筛选怀的任黎务。3.对砂职砾反嫌滤料覆确定药反滤桨层的恩厚度翼和层锤数；4.鉴定铅反滤螺料的应透水书性，臂对土迷工织风物反弟滤层核还应钉鉴定兄淤堵腰性；5.有纵谢向渗乡丰流时水，鉴誉定沿破反滤各层和依被保庄护土归层接句触面颤的冲号刷稳振定性些。（五窑）协砂砾渠料反姻滤层布的设区计与腰施工1.反滤货料的匪选择对于幸被保劣护土车的第感一层你反滤敞料，雕建议氧用下是列方桨法确具定；D1屈5/遮d8逗5≤发4～5D1矩5/桐d1绪5≥视5式中鹿：D1阶5为过傍筛重抗量占15％时版的反哄滤料斩粒径内，d85为过定筛重击量占85％时层的被螺保护亦土的采颗粒代直径裂；d15为过殊筛重星量占15％时关的被乓保护白土的裤颗粒筑粒径生。当选夺择第便二、远三层铸反滤散料时绳，可可同样释按以有上方梁法确筛定。永但选饥择第捞二层促反滤路时第绣一层俭反滤蝴为被嫌保护抢土，园选择通第三六层反偏滤时菊第二耕层反杯滤为甚被保筐护土陕。2.反滤巴层厚济度的举确定反滤肠层的虎厚度抵应根港据反汪滤料笋的级仇配、前料源古、用沿途、辩施工染方法伐等情侄况综丛合考扒虑确饥定。列水平峡反滤宪层的忙最小枪厚度菊可采蹲用