第2章岩体的渗透特性.ppt

1、第二章，岩体的渗透特性，华北水利水电学院岩土工程系岩石力学课程组，水在岩体孔隙中流动的过程称为渗透。岩土体的渗透性称为岩土体的渗透性。2.1概述，第2章，岩体的渗透特性，岩土边坡的失稳，边坡变形，地基变形和水入渗引起的岩溶渗漏塌陷都是岩土体的渗透稳定性问题。目前，对多孔介质中水分入渗的研究在实验和理论上都有一定的水平，在解决实际问题时也能反映多孔介质中土壤渗流的运动规律。在一定的水力梯度或压力下，岩石能被水渗透的特性称为透水性。对于多孔岩体，人们普遍认为，水在岩石中的流动就像水在土壤中的流动一样，也遵循达西线性渗流定律；渗透系数是表征岩石渗透性的重要指标。它的大小取决于岩石中孔隙和裂缝的数量、

2、规模和连通性，并且可以根据达西定律在室内测量。一般来说，岩石的渗透率很小，远远小于相应的岩体，新鲜致密岩石的渗透系数一般小于10-7厘米/秒。在同一种岩石中，当裂隙发育时，渗透系数急剧增大，一般比新鲜岩石大46个数量级，甚至更大，表明孔隙度对岩石渗透率有很大的影响。岩石渗透性：2.2岩土渗透性，岩体渗透性是一个复杂的问题。根据目前的研究，岩体渗流可分为三种类型：准均匀介质渗流、裂隙介质渗流和岩溶介质渗流。(1)准均匀介质渗流：该类型多孔砂岩，中上部为全、强风化带和弱风化带。在这个渗流场中，达西定律基本适用；(2)裂隙介质渗流：裂隙介质渗流是岩体渗流的基本形式，渗流主要受裂隙的类型、大小、产状和

3、充填控制。岩体渗透性：2.2岩体渗透性；(3)岩溶渗漏：岩溶渗漏是最复杂的岩体渗漏形式，受岩溶发育规律控制，具有间歇性、隐蔽性、封闭性和地下水系统的特点。岩溶渗漏的复杂性主要表现在以下三个方面：多循环系统共存，这是岩溶渗漏最突出的特征之一。例如，一个弹簧可能是一个或几个循环系统的排泄点。同时，单个系统可以在空间上相互交叉。裂隙渗流与管道渗流并存。多种渗流特征参数共存。岩体渗透性：2.2岩土体渗透性。根据水利水电工程地质勘察规范(GB50287-99)，岩土渗透性可按表23进行分类。岩土渗透性分类：2.2岩土体渗透性、坝基渗流、岩土体中某些颗粒移动或颗粒组成和结构发生变化的现象称为渗流变形或渗流

4、破坏。渗透变形对土石坝的稳定性有很大影响。根据美国公布的数据，40%的受损土石坝是由坝基或坝体土的渗透变形引起的。对我国存在问题的土石坝的调查发现，60%的土石坝是由渗流变形引起的。四川省陈仓水库跳石拱坝的工程实例就是一个例子。由于基础清理不彻底，大坝3号拱坝基础下发生了渗透变形，不仅侵蚀了红色风化泥岩裂隙中的粘土，还侵蚀了泥岩，深度达7m，与被侵蚀的坝体一起，形成了一个高13m、宽8m的侵蚀孔。坝基渗流变形的主要类型是管涌和流动土。2.3坝基渗透稳定性分析。在工程地质勘察的基础上，坝基渗流稳定性分析步骤如下：(1)在宏观第四系地层结构分析或软弱夹层研究的基础上，对坝基渗流变形特征进行分段。(

5、2)根据岩性和颗粒分析双层结构，稳定渗透层厚度，坝下溢流平均水力梯度为：2.3坝基渗流稳定性分析，(4)临界水力梯度确定。确定临界水力梯度有计算方法、试验方法和经验数值方法。计算方法，临界水力坡度可由公式(2-7)计算。确定临界水力梯度的试验方法包括室内试验和现场试验。室内试验大多在透明有机玻璃渗透仪或水箱中进行(图2-8和图2-9)。2.3坝基渗流稳定性分析、现场渗流变形试验包括坝型、围堰型和砾石土现场试件型，坝型较好。2.3坝基渗流稳定性分析，如果坝基下不深有粘土隔水层，隔水墙可嵌入粘土层，试验砾石层可完全封闭(图2-10)。如果粘土层较深，可采用半封闭或不封闭的坝型(隔水墙深度为设计水头

6、的1/2)。试验坝的底部宽度和长度分别是设计坝的1/100和1/200。软弱夹层渗流变形的现场试验有辐射流法和平行流法。前者是利用主压水孔产生辐射穿透，在周围打洞并挖洞进行观察；在后一种方法中，钻一排孔来共同压水，使得试验段的中心区域产生几乎平行的流动渗透。后一种方法接近坝基的实际渗流状态，具体布置如图2-11所示。2.3坝基渗流稳定性分析、图2-11软弱夹层现场渗流变形试验布置图，现场试验也是逐步升压和逐步稳定，并经过试验和逐步降压两个阶段。一般来说，在每个压力水平下，它应该稳定23小时，因此测试会持续很长时间。试验结束时，画出流量与压力的关系曲线或1gI1gv，用曲线的转折点计算I。(图2

7、-12)，2.3坝基渗流稳定性分析，控制坝基和基础的渗流，其主要任务可概括如下：一是最大限度地减少渗漏；二是尽早释放渗透压，确保地基和水工建筑物有足够的静力稳定性；三是防止渗透破坏，确保渗透稳定。渗流变形的防治措施可分为三个方面：改变渗流水动力条件、保护渗流出口和改善岩土性质。2.4、防渗变形预防措施，这种预防措施主要采用人工降低地下水位的方法，使地下水位或水头低于基坑底板。其目的是防止流沙和防止地下水流入基坑。板桩防护墙也可用于施工。当水平隧道和竖井采用流沙开挖时，前者可采用盾构法施工，后者可采用沉井支护开挖。目前，工程上还可以采用冻结法或电硅化法来改善砂的性质，使施工能够顺利进行。1)预防

8、和控制基坑开挖和地下巷道施工过程中流砂的危害，2.4预防和控制渗流变形的措施，通过在滤管和井壁之间填充滤料来保护渗流出口。过滤介质的颗粒尺寸选择必须考虑受保护含水层中潜流颗粒的尺寸，原则是细颗粒不能通过过滤介质的孔隙。2)防止抽水井管涌的措施，2.4防止渗透变形的措施，坝基主要有两种类型：岩石地基和非岩石地基，非岩石地基也称为松散地基。松散地基的渗流通常采用纵横向控制措施，具体措施如下：(1)设置截渗沟；浇筑混凝土防渗墙或灌浆帷幕；铺设上游水平防渗毯。土石坝坝基防渗主要是防渗和保证渗流稳定。如黄河小浪底工程的154米高的土石坝和长江的堰体，3)土石坝坝基防渗措施，2.4防渗变形的预防措施，图2-13砂砾石坝基防渗处理示意图，(2)防渗墙及覆盖层当砂砾石透水层不厚时，可开挖梯形颗粒，用粘土回填，形成截渗沟。当透水层较厚时，可采用板桩、混凝土连锁柱、混凝土防渗墙等垂直防渗措施来切断透水层。大直径钻孔制成圆孔或槽孔，然后回填混凝土与防渗层连接，孔与孔相互重叠，形成效果良好的连续跨河防渗墙(图2-14)。当渗透层非常厚时，应在大坝上游用粘土覆盖。3)土石坝坝基防渗措施，2.4渗流变形的预防措施，图2-14基岩坝基排水系统示意图，(3)坝基排水为了通过