当前位置：文档之家 › 渗透变形工程地质研究共45页文档

渗透变形工程地质研究共45页文档

  • 格式：ppt
  • 大小：2.77 MB
  • 文档页数：45

下载文档原格式

  / 45

合集下载

10渗透变形

10渗透变形

意义:
一、 判定渗透变形的可能性及类型.
1、首先分析坝基地层结构和地形地貌条件,初步制定可能产 生渗透变形的地段 2、据颗粒分析资料绘制累积曲线和分布曲线,计算出不均匀 粒系数(Cu)和颗粒的的含量. 3、判别渗透系列的类型, P121—10 瀑布式累积曲线(Ⅰ):产生菅涌 累积曲线 直成型 (Ⅱ)不产生,较高梯度产生流土 阶梯式 (Ⅲ)多产生菅涌 分布曲线:陡峭单峰:不发生菅涌,较高梯度下产生流土 双峰多峰:危险性菅涌
于是在均质各向同性岩层中,每个网格的平均长度(△S) 和高度(△b)的比值不变,即 △b/△S==定值,多用正方形, △b/△S=1. 如坝基为非均质双层结构土层,由于两层的渗透性不同, 当流域通过两层分界面时发生折射,流网图也有所不同。 绘出流网图后,即可确定坝基任一点的水力梯度值 I=△H/△S △H 为点所在网格两条等水头成间的水头差 △S 为点所在网格流线长度 三、确定临界水力梯度和允许水梯度 理论计算法:适于流土类型 方法: 图表法:工程等级较低阶段,初勘阶段用 试验测定法:工程等级较高或后期勘察阶段
1、图表法 1)砂土和砂砾土管涌临界水力梯度,可用细颗粒含量与 渗透破坏坡度关系曲线,水的临界水力梯度（渗透破坏坡度） P169 Fig10—6 2)当它们的不均匀粒系数(Cu)<20,渗透变形形式为流土 时,则可采用临界水力梯度与不均粒系数关系曲线求取 (P170 Fig10—12) 2、试验法 1)室内试验----渗透试验法 2)现场试验法
第二节 渗透变形的类型与特点
一、潜蚀(菅湧)
在渗透作用下单个土颗粒发生独立移动的现象,称潜蚀 潜蚀普通发生在不均匀的砂层或河卵（砾石）层中,细 粒物质从粗粒骨架孔隙中被渗透携走,使土层的孔隙和孔 隙度增大，强度降低,发展下去会呈现”架空结构”,甚至 造成地面塌陷. 机械潜蚀作用 潜蚀 化学潜蚀作用 直菅湧：坝后 据渗透方向与重力 水平菅湧：坝基底下

第六章渗透变形

第六章渗透变形

原地下水
降水后 水位线
§2
渗透变形产生的条件
1. 渗透变形的动力----动水压力 当动水压力>岩土抗渗强度（岩土抵抗 渗透水流作用的能力），产生渗透变形。 一、渗流的动水压力及临界水力梯度 渗透压力：dP=dw· w· dh · g 动水压力（D）：单位体积土层所受的渗透 压力
dP dh D＝ ρ g ρ g I dw dl dl 饱水土体重量：dW ρ sat g dl dw 水的重量：dF ρ g dl dw
多薄层型:多位于河流下游 ，由细砂土、粉土和粘性土互相叠置组 成，主要取决于表层是否存在粘性土，其性质、厚度和完整程度如 何。如含粘性土夹层和透镜体，对土层渗透性和动水压力有一定影 响，可使局部地段水利梯度较大，而引起渗透变形。
• 2.地形地貌条件 • 沟谷切割等改变了渗流的补给、渗流的 长度、出口条件等 四、工程因素 • 渗流出口的保护 • 施工等破坏了表层具有防渗作用的弱透 水层
水下土体重量：dQ=dW-dF=(sat- )· g· dl· dw =’ ·g·dl· dw
当dP=dQ时，土颗粒处于平衡状态
当dp=dQ时，单元土体处于悬浮状态，发生流土。
此时渗流的水力梯度为临界水力梯度Icr 。 即有：w· g· dw · dh = ’ ·g·dl· dw Icr = dh/dl = ’ / Icr= ’ =(s-1)(1-n)…… 太沙基公式 dh/dl= ’ /
四、确定临界水力梯度与允许水力梯度 I cr I 允＝ m 1 允许水力梯度： m m与地质条件和工程重要性有关：
一般砂土：m＝1.5~3.0
粘性土：m＝2.5~4.0 五、渗透变形可能性判定 I实>I允 发生渗透变形 I实<I允 不发生渗透变形

渗透变形工程地质研究

渗透变形工程地质研究

Ic — 临界水力坡度 Ic＝(G－1)(1－n)＋0.5n G — 土颗粒密度
发展型 分为 非发展型
n — 土的孔隙度(小数)
渗流 渗流力 土颗粒被带走
潜蚀发生
管涌 形成 过程
岩土体渗透变形（结构变松、强度降低） 渗流出口处侵蚀成孔洞
渗透途径减短、水力梯度增大的水流向其集中
孔洞不断溯源发展 水流集中管道形成 管涌形成
机械潜蚀 潜蚀分类 化学潜蚀
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 动水压力的作用下，随渗透水流运动，常在坝基下 游产生“砂沸”现象，形似管涌，亦称“机械潜蚀 ”。
在基岩地区，若裂隙被可溶性盐(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 的化学溶蚀作用和水流水压力的作用，往往形成“ 化学潜蚀”。
3.接触冲刷
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。
4.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。
10.3.2 渗透变形类型的判别
1、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量 作为判别依据，对于不均匀系数Cu>5的不连续级配 土，其判别式为：
dP= ·g·dh·dw
dQ= (sat- )·g·dl·dw =’ ·g·dl·dw
3、接触流失的判别
（1）对于渗流向上的情况，Cu≤5的土层，符合下列条件， 将不会发生接触流失：
D15/d85 ≤5
D15——为较粗土的颗粒粒径，小于该粒径的土占土重总 量的15%； d85——较细土的颗粒粒径，小于该粒径的土占 土重总量的85%。

工程地质学课件 第四章 渗透变形工程地质研究

工程地质学课件 第四章 渗透变形工程地质研究

一、管涌(piping)或潜蚀

4.接触管涌



定义：粗、细颗粒土层互相叠置时，在它们接触面 上的渗流作用下所发生的管涌 分类：按渗流方向与接触面的关系 垂直接触管涌：在垂直于土层接触面的渗流作用下， 细粒土层的大颗粒向粗颗粒土层孔隙移动的现象。 平行接触管涌 ：在平行于粗粒、细粒土层接触面的 渗流作用下，由于粗粒土层的渗透速度比细粒土层 的渗透速度大得多，而使接触面附近的细粒土层中 的颗粒被携走的现象。
9
一、管涌(piping)或潜蚀

3.分类



根据渗透方向与重力方向的关系，将管涌分 为： 垂直管涌 水平管涌
10
土石坝坝基渗流示意图
渗流方向：在坝前(上游)由上向下，与重力方向一致；在坝底为 水平方向；渗流方向在坝后(下游)由上向下，与重力方向相反 坝前的渗流对土层起压密作用，不致于发生渗透变形。坝后 的渗流对土颗粒起上托作用，使之易于松动、悬浮、被携出 地表，为垂直管涌。坝底下的细粒物质从粗颗粒骨架孔隙中 被渗流携走，为水平管涌。
29
(3)土的级配特征


土的级配特征用土的不均粒系数Cu表示， Cu值愈大，说明土愈不均匀，级配愈好 Cu <10时，主要型式是流土； Cu >20时，主要型式是潜蚀； Cu在10-20之间时，流土和潜蚀均可能发 生
30
临界水力梯度与土不均粒系数曲线
§3 渗透变形产生的条件

二.充分条件 在具备渗透变形产生的必要条件前提下， 渗透变形现象是否会产生，由宏观地质 因素和工程因素来决定。
渗透破坏梯度与细粒含量关系图
当细粒含量 达20％-30％ 时，产生渗 透变形所需 的水力梯度 值急剧增大。 但当细粒含 量小于20％ 时，临界梯 度小于0.5， 较公式计算 值0.8-1.2小 得多。可能 是由于土的 结构和孔隙 不均一的缘 故。

第7章 渗透变形工程地质研究

第7章 渗透变形工程地质研究
《工程地质学概论》
第七章 渗透变形工程地质研究
渗透变形破坏方式
渗透变形破坏的形成条件
渗透变形的预测 渗透变形破坏的防治措施
渗透变形破坏方式
渗透变形：在渗透水流作用下，土体颗粒发生移动，
引起土体结构变松，强度降低的现象。
渗透变形破坏方式
潜蚀：渗流作用下，土体中较细颗粒被水流移动或挟
走，较普遍发生在不均质砂层中
流土：渗流将土体所有的颗粒全部浮动、流动或整块移
动，常发生在大坝下游坡脚有渗透水流逸出的土层中。
接触流土：渗透水近于垂直土层运动，当水流由颗粒
粗细相差悬殊的细粒土进入粗粒土中时，细粒土被水流 带进粗粒土中。
接触冲刷：粗细粒土层接触时，在平行于土层的渗流
作用下，接触面上的细粒土被水流携走。
渗透变形破坏的形成条件
D.压密固结程度：经过压密固结的土不仅孔隙度有所 降低，粒间嵌合力也有所增强，必然要经过渗流力浮动 以后才能悬浮。其临界梯度和允许梯度显著高于颗粒成 分相近但未经固结的土。
渗透变形破坏的形成条件
E.粘粒含量：粘粒含量增多的结果使土的内聚力增加， 进而增加土的抗潜蚀能力。
允许
粒的骨架孔隙直径d0时，才能发生潜蚀。据研究其最优 比为d0/d=8。一般天然无粘性土均为混粒结构，其孔隙 率多为n=39.59%，大颗粒粒径D与其孔隙d0比为D/d0=2.5。 所以有利于发生潜蚀的粗细粒径比为D/d=20。
渗透变形破坏的形成条件
B.细颗粒含量：只有较多量的粗大颗粒构成骨架，才 能形成直径较大的孔隙，易于产生潜蚀。如细颗粒达到 一定含量致使颗粒间不能相互接触，不能由它构成骨架， 则孔隙大小取决于细颗粒，则比较难以潜蚀。实验资料 证实：当细粒含量达20%~30%时，产生渗透变形所需的 水力梯度值急剧增大。当 细粒含量<20%，破坏梯度 <0.5，较计算值(0.8~1.2)小 得多，这可能是由于土的 结构和孔隙不均一的缘故。 细粒含量（％）

工程地质学-渗透变形工程地质研究

工程地质学-渗透变形工程地质研究
外力作用
地震、降雨等外力作用会改变地下水状态，增加 发生渗透变形的风险。
03
渗透变形的工程地质研究
渗透变形的地质条件
80%
土壤颗粒大小
土壤颗粒的大小和分布对渗透变 形有重要影响。颗粒越小，土壤 的渗透性越差，越容易发生渗透 变形。
100%
土壤含水率
土壤含水率越高，土壤的渗透性 越差，越容易发生渗透变形。
渗透变形的影响因素
水位变化
地下水水位的变化是影响渗透变形的关键因素。 水位上升会使岩土体受到更大的水压力作用，增 加发生渗透变形的风险；水位下降则会使岩土体 干燥，降低其抗剪强度，容易发生变形。
土体含水量
土体的含水量越高，其孔隙率越大，水压力作用 越明显，越容易发生渗透变形。
颗粒组成与结构
岩土体的颗粒组成和结构对其渗透性有着重要影 响。颗粒越细、结构越松散，岩土体的渗透性越 强，发生渗透变形的可能性越大。
经验模型
根据历史数据和经验，建立预测模型，预测不同工程条件下可能发 生的渗透变形。
04
渗透变形的防治措施
防渗排水措施
防渗帷幕
通过在工程区域周围设置防渗帷 幕，防止地下水渗入工程区域， 从而减小渗透变形发生的风险。
排水沟设置
在工程区域附近设置排水沟，将 地下水引出工程区域，降低地下 水位，减小水压力对土体的影响 。
目前对渗透变形的机理和规律 仍不完全清楚，需要进一步深 入研究其内在机制和演化过程 。
THANK YOU
感谢聆听
工程地质学-渗透变形工程地 质研究
目
CONTENCT
录
• 引言 • 渗透变形的基本概念 • 渗透变形的工程地质研究 • 渗透变形的防治措施 • 工程实例分析 • 结论与展望

渗透变形工程地质研究

渗透变形工程地质研究
牛小军;李鼎夫;李旭彪
【期刊名称】《四川建筑》
【年(卷),期】2024(44)2
【摘要】孔隙介质中水的渗透问题,是目前研究的重点问题,也能反映土的孔隙介质中水的渗流运动规律以解决实际问题。

堤坝工程因水渗流的发展在土体或岩体中形成水流通道而导致溃坝,地表也因水渗透变形而产生裂隙、沉降、滑坡和坍塌等现象。

这些灾害的产生无不与水关系密切,水诱发的渗透变形灾害也最为严重。

【总页数】2页(P125-126)
【作者】牛小军;李鼎夫;李旭彪
【作者单位】中国市政工程西北设计研究院有限公司;长沙水业集团有限公司【正文语种】中文
【中图分类】TV698.2
【相关文献】
1.辉发城水库除险加固工程地质勘察及坝基渗透变形分析
2.鸭河口水库大坝工程地质条件及渗透变形分析
3.渗透变形是二松堤防主要工程地质问题
4.粗粒土渗透及渗透变形试验缩尺方法研究
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

工程地质学 06渗透变形工程地质研究


– 当向上渗流的水头差h不断增大，直至a—a断面上的孔 隙水压力与该面上的总应力相等时，有效应力将减小为零， 即
– 由此得
’=-pw=’gl2-wgh=0
Icr=’/w
– 由于水的密度为1t/m3，所以临界水力梯度Icr在数值上 等于土的浮密度。根据土物理性质指标间的关系
’=(s-1)(1-n)
–故
– 渗透变形一般发生于无粘性土和粉土中。如“黄土喀斯特” 现象、河流阶地上的“碟形洼地”和覆盖岩溶区的“土洞” 等现象均属渗透变形。
– 常见的渗透变形问题：基坑开挖时的流沙现象、因矿山排 水或抽取地下水在覆盖岩溶区产生的地面塌陷、土石坝坝基 的渗透稳定性问题。渗透变形除在松散土体中发生外，还可 在基岩的断裂破碎带和风化壳中发生。
– 所以岩土体的渗透稳定性取决于渗流的动水压 力与抗渗强度这一对矛盾相互作用的发展演化过 程。这也就是渗透变形产生的基本条件。
第七章 渗透变形的工程地质研究
• 1．渗流的动水压力和临界水力梯度
• （1）动水压力
– 当地下水在松散土体的孔隙中渗流时，土颗粒于水流围 绕接触。由于水流流线之间以及水流与土粒接触面上摩擦 阻力的作用，使得水流产生水头损失，因而渗流的水压力 将下降。此时，每一个土颗粒在水头差的作用下，承受来 自水流的渗透力。 – 为了推导出动水压力的数学表达式，假设渗透水流自下 而上流经一个单元土体（右下图），其长度为dl、断面面
=wgl1+mgl2
其中，m为饱和砂土的密度。 – 该断面上的孔隙水压力pw为：
pw=wg(l1+l2+h)
第七章 渗透变形的工程地质研究
– 根据有效应力原理，a—a断面上的有效应力’ 为：
’=-pw=’gl2-wgh

Ch4渗透变形工程地质研究

19
(1)土中粗细颗粒直径比例
只有当土中细颗粒的粒径d小于粗颗粒的 骨架孔隙直径d0时，才会发生管涌。最 优比值为：d0/d＝8。
一般天然无粘性土均为混粒结构，孔隙 率多为n＝39.5％，大颗粒粒径D与其孔 隙d0的比D/d0＝2.5。所以有利于发生潜 蚀的粗细粒径比例D/d＝20。
20
(1)土中粗细颗粒直径比例
2.渗透压力
渗透水流作用于岩土上的力，称渗透压力或动水压力
3.渗透变形
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，甚至整体发生破坏的工程动力地质作 用或现象
2
§1 概述
在自然界中，渗透变形一般发生在无粘性土和粉 土中。如河流岸坡或阶地上的碟形洼地，覆盖型 岩溶区的“土洞”和陷穴，以及黄土“喀斯特” 现象等。
7
一、管涌(piping)或潜蚀
3.分类
根据渗透方向与重力方向的关系，将管涌分 为：
垂直管涌 水平管涌
8
土石坝坝基渗流示意图
渗流方向：在坝前(上游)由上向下，与重力方向一致；在坝底为 水平方向；渗流方向在坝后(下游)由上向下，与重力方向相反 坝前的渗流对土层起压密作用，不致于发生渗透变形。坝后 的渗流对土颗粒起上托作用，使之易于松动、悬浮、被携出 地表，为垂直管涌。坝底下的细粒物质从粗颗粒骨架孔隙中 被渗流携走，为水平管涌。
若粗粒骨架孔隙中细粒成分较多，且被 渗流不断携走时，则会产生强烈管涌， 甚至转化为流土。
30
b.双层和多厚层地层结构
双层和多厚层地层结构多位于河流的中游地段，其渗透变 形是否会产生，主要取决于表层粉土、粘性土的性质、厚 度和完整程度。

渗透变形工程地质研究

第十章渗透变形工程地质研究一、概述渗透性：土允许水透过的性能渗透：水透过土体孔隙的现象在自然界中，渗透变形一般发生在无粘性土和粉土中二、渗透变形的类型和特点1、潜蚀（管涌）：在渗流作用下单个土颗粒发生移动的现象。

普遍发生在不均匀的砂层或砂卵（砾）石层中。

包括化学潜蚀和机械潜蚀（主要）2、流土：在渗流作用下一定体积的土体同时发生移动的现象。

一般发生在均质砂土层或粉土中。

危害比管涌大，可以使土体完全丧失强度。

两者之间可以相互转换。

三、渗透变形产生的条件渗流的动水压力（渗透力）达到岩土的抗渗强度时，发生渗透变形。

1.渗透的动水压力及临界水力梯度渗透力：临界水力坡度：i < icr : 土体处于稳定状态i > icr : 土体发生流土破坏i = icr : 土体处于临界状态土的抗渗强度：取决于岩土本身的结构。

结构特性包括：土中粗细颗粒直径比例、细粒物质的含量和土的级配特征、颗粒形状及排列方式等。

除上述基本条件外，宏观地质因素和工程因素也是决定渗透变形的两个因素。

四．渗透变形的预测首先根据土体的类型和性质，判断是否会产生渗透变形及渗透变形的类型；随后确定坝基各点，主要是下游坝脚处的实际水力梯度；确定临界水力梯度和允许水力梯度；比较圈出可能发生渗透变形的范围。

判断渗透变形的可能性及类型根据累计曲线，“瀑布式”产生管涌；“直线式”不产生管涌，而在较高的梯度下产生流土；“阶梯式”多为管涌，有时为流土。

五．渗透变形的防治①改变渗流动力条件（降低水力坡度）②保护渗流出口③改善土石条件1.建筑物基坑及地下巷道施工时流沙的防治措施建筑物基坑：人工降低潜水位，使其低于基坑底板。

这种措施即防治了流沙，又免除地下水涌入基坑。

也可以采用板桩防护墙施工。

水平巷道：采用盾构法施工。

2.汲水井防止管涌的措施在过滤管与井壁间隙内填充反滤料，以保护渗流出口3.土石坝防治渗透变形的措施水工建筑物的防渗工程措施一般以“上堵下疏”为原则，上游截渗、延长渗径，下游通畅渗透水流，减小渗透压力，防止渗透变形。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
渗透变形工程地质研究
16、人民应该为法律而战斗，就像为 于不公正的行为加以指责 ，并非 因为他 们愿意 做出这 种行为 ，而是 惟恐自 己会成 为这种 行为的 牺牲者 。—— 柏拉图 18、制定法律法令，就是为了不让强 者做什 么事都 横行霸 道。— —奥维 德 19、法律是社会的习惯和思想的结晶 。—— 托·伍·威尔逊 20、人们嘴上挂着的法律，其真实含 义是财 富。— —爱献 生
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子