渗透变形工程地质研究.ppt

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1、第十章第十章第十章第十章 渗透变形工程地质研究渗透变形工程地质研究渗透变形工程地质研究渗透变形工程地质研究10.1 10.1 概述概述10.2 10.2 渗透变形产生的条件渗透变形产生的条件10.3 10.3 渗透变形的类型及判别渗透变形的类型及判别10.4 10.4 临界水力坡度的确定临界水力坡度的确定10.5 10.5 实际水力坡度的确定实际水力坡度的确定10.6 10.6 坝基渗透稳定性评价坝基渗透稳定性评价10.7 10.7 渗透变形的防治渗透变形的防治本章主要内容：本章主要内容：10.1 10.1 概述概述 一、基本概念一、基本概念 1 1、渗流：、渗流：地下水在岩土空隙中的运动。地

2、下水在岩土空隙中的运动。2 2、渗透压力：、渗透压力：渗透水流作用于岩土上的力，称为渗透水流作用于岩土上的力，称为渗透压力，又称为动水压力。渗透压力，又称为动水压力。3 3、渗透变形（渗透破坏）：、渗透变形（渗透破坏）：当渗透压力达到一定当渗透压力达到一定值时，岩土中一些颗粒甚至整体就会发生移动而被值时，岩土中一些颗粒甚至整体就会发生移动而被渗流带走，从而引起岩土的结构变松，强度降低，渗流带走，从而引起岩土的结构变松，强度降低，甚至整体发生破坏，这种现象称为渗透变形。甚至整体发生破坏，这种现象称为渗透变形。4 4、渗透变形渗透变形一般发生在砂土和粉土中，在河流两一般发生在砂土和粉土中，在河流两

3、岸及大坝建设中引人关注。岸及大坝建设中引人关注。堤堤 岸岸 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。二、研究意义二、研究意义 20032003年年7 7月月1 1日凌晨日凌晨4 4

4、时，正在施工中的上海轨道交通时，正在施工中的上海轨道交通4 4号号线（浦东南路至南浦大桥）区间隧道浦西联络通道发生渗水，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。上午随后大量流沙涌入，引起地面大幅沉降。上午9 9时左右，地面时左右，地面建筑物中山南路建筑物中山南路847847号一幢八层楼房发生倾斜，其裙房部分倒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。塌。由于报警及时，所有人员提前撤出，无人员伤亡。10.2 10.2 渗透变形产生的条件渗透变形产生的条件1 1、存在可能被渗流带走的松软土石、存在可能被渗流

5、带走的松软土石2 2、渗流的动水压力条件、渗流的动水压力条件 图图1 1 渗透压力示意图渗透压力示意图(图图1)1)3 3、存在渗流出逸的临空条件、存在渗流出逸的临空条件 渗流出口处无适当保护或直接临空，易于土的松渗流出口处无适当保护或直接临空，易于土的松动和悬浮。动和悬浮。最典型的渗流出逸的临空条件是坝（堤）后河床、最典型的渗流出逸的临空条件是坝（堤）后河床、排水沟、冲沟等低洼部位。排水沟、冲沟等低洼部位。10.3 10.3 渗透变形的类型和判别渗透变形的类型和判别10.3.1 10.3.1 渗透变形主要类型渗透变形主要类型1 1、管涌（潜蚀）、管涌（潜蚀）2 2、流土、流土3 3、接触冲刷

6、、接触冲刷4 4、接触流失、接触流失1 1、管涌（潜蚀）作用、管涌（潜蚀）作用、管涌（潜蚀）作用、管涌（潜蚀）作用潜蚀：指岩土体中由于渗透水流的冲刷作用，将其中细小颗粒冲潜蚀：指岩土体中由于渗透水流的冲刷作用，将其中细小颗粒冲潜蚀：指岩土体中由于渗透水流的冲刷作用，将其中细小颗粒冲潜蚀：指岩土体中由于渗透水流的冲刷作用，将其中细小颗粒冲 走带出的现象。走带出的现象。走带出的现象。走带出的现象。潜蚀的危害：潜蚀的危害：潜蚀的危害：潜蚀的危害：使岩土体结构松散使岩土体结构松散使岩土体结构松散使岩土体结构松散空隙率增大空隙率增大空隙率增大空隙率增大强度降低强度降低强度降低强度降低形成空洞形成空洞形成

7、空洞形成空洞地基岩土体破坏地基岩土体破坏地基岩土体破坏地基岩土体破坏易发生潜蚀的地层易发生潜蚀的地层易发生潜蚀的地层易发生潜蚀的地层 粉细砂、粉土地层粉细砂、粉土地层粉细砂、粉土地层粉细砂、粉土地层(施工降水时极易发生施工降水时极易发生施工降水时极易发生施工降水时极易发生)软弱夹层软弱夹层软弱夹层软弱夹层 泥化夹层泥化夹层泥化夹层泥化夹层 断层破碎带断层破碎带断层破碎带断层破碎带 剧、强烈风化带剧、强烈风化带剧、强烈风化带剧、强烈风化带 可溶盐类物质胶结岩层可溶盐类物质胶结岩层可溶盐类物质胶结岩层可溶盐类物质胶结岩层潜蚀分类潜蚀分类潜蚀分类潜蚀分类机械潜蚀机械潜蚀机械潜蚀机械潜蚀化学潜蚀化学潜

8、蚀化学潜蚀化学潜蚀生物潜蚀生物潜蚀生物潜蚀生物潜蚀充填于砂基大颗粒之间的小颗粒，在渗透水流形成充填于砂基大颗粒之间的小颗粒，在渗透水流形成充填于砂基大颗粒之间的小颗粒，在渗透水流形成充填于砂基大颗粒之间的小颗粒，在渗透水流形成动水压力的作用下，随渗透水流运动，常在坝基下动水压力的作用下，随渗透水流运动，常在坝基下动水压力的作用下，随渗透水流运动，常在坝基下动水压力的作用下，随渗透水流运动，常在坝基下游产生游产生游产生游产生“砂沸砂沸砂沸砂沸”现象，形似管涌，亦称现象，形似管涌，亦称现象，形似管涌，亦称现象，形似管涌，亦称“机械潜蚀机械潜蚀机械潜蚀机械潜蚀”。在基岩地区，若裂隙被可溶性盐在基岩地

9、区，若裂隙被可溶性盐在基岩地区，若裂隙被可溶性盐在基岩地区，若裂隙被可溶性盐(如石膏、方解石等如石膏、方解石等如石膏、方解石等如石膏、方解石等)充填，或裂隙充填物为可溶盐胶结时，由于地下水充填，或裂隙充填物为可溶盐胶结时，由于地下水充填，或裂隙充填物为可溶盐胶结时，由于地下水充填，或裂隙充填物为可溶盐胶结时，由于地下水的化学溶蚀作用和水流水压力的作用，往往形成的化学溶蚀作用和水流水压力的作用，往往形成的化学溶蚀作用和水流水压力的作用，往往形成的化学溶蚀作用和水流水压力的作用，往往形成“化学潜蚀化学潜蚀化学潜蚀化学潜蚀”。此外，穴居动物此外，穴居动物此外，穴居动物此外，穴居动物(如各种田鼠，獾、

10、蚯蚓、蚂蚁等如各种田鼠，獾、蚯蚓、蚂蚁等如各种田鼠，獾、蚯蚓、蚂蚁等如各种田鼠，獾、蚯蚓、蚂蚁等)有时也会破坏土体结构，若在堤内外构成通道，亦有时也会破坏土体结构，若在堤内外构成通道，亦有时也会破坏土体结构，若在堤内外构成通道，亦有时也会破坏土体结构，若在堤内外构成通道，亦可形成管涌，或谓之可形成管涌，或谓之可形成管涌，或谓之可形成管涌，或谓之“生物潜蚀生物潜蚀生物潜蚀生物潜蚀”。如我国的黄河。如我国的黄河。如我国的黄河。如我国的黄河大堤就曾出现过这种现象。大堤就曾出现过这种现象。大堤就曾出现过这种现象。大堤就曾出现过这种现象。机械机械机械机械潜蚀潜蚀潜蚀潜蚀指：由渗透水流的动水压力冲走细小颗

11、粒指：由渗透水流的动水压力冲走细小颗粒指：由渗透水流的动水压力冲走细小颗粒指：由渗透水流的动水压力冲走细小颗粒产生产生产生产生条件条件条件条件单位动水压力或潜蚀处的细小颗粒的浮重度；单位动水压力或潜蚀处的细小颗粒的浮重度；单位动水压力或潜蚀处的细小颗粒的浮重度；单位动水压力或潜蚀处的细小颗粒的浮重度；渗透水流的水力坡度产生潜蚀的临界水力坡度渗透水流的水力坡度产生潜蚀的临界水力坡度渗透水流的水力坡度产生潜蚀的临界水力坡度渗透水流的水力坡度产生潜蚀的临界水力坡度IcIcIcIc(G(G(G(G1)(11)(11)(11)(1n)n)n)n)0.5n0.5n0.5n0.5nIc Ic Ic Ic 临

12、临临临界水力坡度界水力坡度界水力坡度界水力坡度G G G G 土颗粒密度土颗粒密度土颗粒密度土颗粒密度n n n n 土的孔隙度土的孔隙度土的孔隙度土的孔隙度(小数小数小数小数)分为分为分为分为发发发发 展展展展 型型型型非发展型非发展型非发展型非发展型管涌管涌管涌管涌形成形成形成形成过程过程过程过程渗流出口处侵蚀成孔洞渗流出口处侵蚀成孔洞渗流出口处侵蚀成孔洞渗流出口处侵蚀成孔洞孔洞不断溯源发展孔洞不断溯源发展孔洞不断溯源发展孔洞不断溯源发展岩土体渗透变形（结构变松、强度降低）岩土体渗透变形（结构变松、强度降低）岩土体渗透变形（结构变松、强度降低）岩土体渗透变形（结构变松、强度降低）渗流力渗流

13、力渗流力渗流力土颗粒被带走土颗粒被带走土颗粒被带走土颗粒被带走潜蚀发生潜蚀发生潜蚀发生潜蚀发生水流集中管道形成水流集中管道形成水流集中管道形成水流集中管道形成单位动水压力单位动水压力单位动水压力单位动水压力渗流渗流渗流渗流渗透途径减短、水力梯度增大的水流向其集中渗透途径减短、水力梯度增大的水流向其集中渗透途径减短、水力梯度增大的水流向其集中渗透途径减短、水力梯度增大的水流向其集中管涌形成管涌形成管涌形成管涌形成2.2.流土流土流土流土 现象现象现象现象易发生岩土环境易发生岩土环境易发生岩土环境易发生岩土环境 粉细砂和粉土地层粉细砂和粉土地层粉细砂和粉土地层粉细砂和粉土地层一一一一 般般般般 现

14、现现现 象象象象 粉细砂土层被水饱和后产生整体流动粉细砂土层被水饱和后产生整体流动粉细砂土层被水饱和后产生整体流动粉细砂土层被水饱和后产生整体流动产生条件产生条件产生条件产生条件水力坡降临界水力坡降水力坡降临界水力坡降水力坡降临界水力坡降水力坡降临界水力坡降土的孔隙度越大，越易产生流砂现象土的孔隙度越大，越易产生流砂现象土的孔隙度越大，越易产生流砂现象土的孔隙度越大，越易产生流砂现象渗透系数越小，排水性能越低，愈易形成流砂渗透系数越小，排水性能越低，愈易形成流砂渗透系数越小，排水性能越低，愈易形成流砂渗透系数越小，排水性能越低，愈易形成流砂危害危害危害危害影响开挖工作面上的施工影响开挖工作面上

15、的施工影响开挖工作面上的施工影响开挖工作面上的施工影响开挖工作面附近地面建筑物的稳定影响开挖工作面附近地面建筑物的稳定影响开挖工作面附近地面建筑物的稳定影响开挖工作面附近地面建筑物的稳定倒塌的楼房位于上海倒塌的楼房位于上海倒塌的楼房位于上海倒塌的楼房位于上海中山南路，这是正在中山南路，这是正在中山南路，这是正在中山南路，这是正在施工中的地铁施工中的地铁施工中的地铁施工中的地铁4 4号线号线号线号线（浦东南路至南浦大（浦东南路至南浦大（浦东南路至南浦大（浦东南路至南浦大桥）区间隧道浦西联桥）区间隧道浦西联桥）区间隧道浦西联桥）区间隧道浦西联络通道发生大量流沙络通道发生大量流沙络通道发生大量流沙络

16、通道发生大量流沙涌入，引起地面大幅涌入，引起地面大幅涌入，引起地面大幅涌入，引起地面大幅沉降所致。沉降所致。沉降所致。沉降所致。3.3.3.3.接触冲刷接触冲刷接触冲刷接触冲刷 渗流沿着渗透系数相差悬殊的两种土层接触面渗流沿着渗透系数相差悬殊的两种土层接触面渗流沿着渗透系数相差悬殊的两种土层接触面渗流沿着渗透系数相差悬殊的两种土层接触面带走细颗粒的现象叫做接触冲刷。带走细颗粒的现象叫做接触冲刷。带走细颗粒的现象叫做接触冲刷。带走细颗粒的现象叫做接触冲刷。4.4.4.4.接触流失接触流失接触流失接触流失 渗流垂直渗透系数相差悬殊的两种土层接触面运渗流垂直渗透系数相差悬殊的两种土层接触面运渗流垂直

17、渗透系数相差悬殊的两种土层接触面运渗流垂直渗透系数相差悬殊的两种土层接触面运动是，将细粒土层的颗粒带到粗颗粒土层中得现象动是，将细粒土层的颗粒带到粗颗粒土层中得现象动是，将细粒土层的颗粒带到粗颗粒土层中得现象动是，将细粒土层的颗粒带到粗颗粒土层中得现象叫做接触流失。叫做接触流失。叫做接触流失。叫做接触流失。10.3.2 10.3.2 渗透变形类型的判别渗透变形类型的判别1 1、管涌和流土的判别、管涌和流土的判别 北京水利水电科学研究院提出以土体中得细粒含北京水利水电科学研究院提出以土体中得细粒含量作为判别依据，对于不均匀系数量作为判别依据，对于不均匀系数Cu5Cu5的不连续级配的不连续级配土，其判别式为：土，其判别式为：PcPc35%35%流土流土Pc25%Pc25%管涌管涌25%25%Pc35%PcJJy y 发生渗透变形发生渗透变形J J实实JJy y 不发生渗透变形不发生渗透变形10.7 10.7 渗透变形的防治渗透变形的防治使使具体防治措施：具体防治措施：1 1、垂直截渗：防渗帷幕垂直截渗：防渗帷幕2 2、铺盖铺盖3 3、人工降低地下水位人工降低地下水位4 4、反滤盖重、反滤盖重5 5、物理、化学方法改造、物理、化学方法改造 冻结、电动硅化、灌浆（化学浆液）冻结、电动硅化、灌浆（化学浆液）