第六章渗透变形

渗透变形及防止渗透变形的措施土石坝及地基中的渗流，由于机械或化学作用，可能使土体产生局部破坏，称为渗透变形。

严重时会导致工程失事，必须采取有效的控制措施。

（一）渗透变形的形式渗透变形的形式及其发生发展过程，与土料性质、土粒级配、水流条件以及防渗排水措施等因素有关，通常可分为下列几种形式：（1）管涌在渗流作用下，坝体或坝基中的细小颗粒被渗流带走逐步形成渗流通道的现象称为管涌，常发生在坝的下游坡或闸坝下游地基面渗流逸石砂土中容易出现管涌；粘性土的颗粒之间存在有凝聚力（或称粘结力），渗流难以把其中的颗粒带走，一般不易发生管涌。

管涌开始时只是细小颗粒从土壤中被带出，以后随着小颗粒土的流失，土壤的孔隙加大，较大颗粒也会被带走，逐渐向内部发展，形成集中的渗流通道。

（2）流土在渗流作用下，土体成块被掀起浮动的现象称为流土。

流土可以发生在粘性土体，又可以发生在非粘性土体。

在非粘性土体中，流土表现为成群土粒的浮起现象，如砂沸现象；在粘性土中，流土则表现为成块土的隆起、剥蚀、浮动和断裂。

（3）接触冲刷当渗流沿两种不同土壤的接触面流动时，把其中细颗粒带走的现象，称为接触冲刷。

接触冲刷可能使临近接触面的不同土层混合起来。

（4）接触流土和接触管涌渗流方向垂直于两种不同土壤的接触面时，例如在粘土心墙（或斜墙）与坝壳砂砾料之间，坝体或坝基与排水设施之间，以及坝基内不同土层之间的渗流，可能把其中一层的细颗粒带到另一层的粗颗粒中去，称为接触管涌。

当其中一层为粘性土，由于含水量增大凝聚力降低而成块移动，甚至形成剥蚀时，称为接触流土。

（5）散浸散浸是土质堤坝常见的一种险情。

表现为堤坝背水面土体潮湿、变软，并有少量的水渗出，散浸又叫“堤出汗”。

如不及时处理，就会发生内脱坡、管漏等险情。

渗透变形一般首先在小范围内发生，逐步发展至大范围，最终可能导致坝体沉降、坝坡塌陷或形成集中的渗流通道等，危及坝的安全。

（二）防止渗透变形的措施土体发生渗透变形的原因主要取决于渗透坡降、土的颗粒组成和孔隙率等，所以应尽量降低渗透坡降和增加渗流出口处土体抵抗渗透变形的能力。

附录G土的渗透变形判别G.0.1、土的渗透变形特征应根据土的颗粒组成、密度和结构状态等因素综合分析确定。

1、土的渗透变形宜分为流土、管涌、接触冲刷和接触流失四种类型。

2、黏性土的渗透变形主要是流土和接触流失两种类型。

3、对于重要工程或不易判别渗透变形类型的土，应通过渗透变形试验确定。

G.0.2、土的渗透变形判别应包括下列内容：1、判别土的渗透变型类型。

2、确定流土、管涌的临界水力比降。

3、确定土的允许水力比降。

G.0.3、土的不均匀系数应采用下式计算：式中Cu——土的不均匀系数；d60——小于该粒径的含量占总土重60％的颗粒粒径(mm)；d10——小于该粒径的含量占总土重10％的颗粒粒径(mm)。

G.0.4细颗粒含量的确定应符合下列规定：1、级配不连续的土：颗粒大小分布曲线上至少有一个以上粒组的颗粒含量小于或等于3、％的土，称为级配不连续的土。

以上述粒组在颗粒大小分布曲线上形成的平缓段的最大粒径和最小粒径的平均值或最小粒径作为粗、细颗粒的区分粒径d，相应于该粒径的颗粒含量为细颗粒含量P。

2、级配连续的土：粗、细颗粒的区分粒径为式中d70——小于该粒径的含量占总土重70％的颗粒粒径(mm)。

G.0.5无黏性土渗透变形类型的判别可采用以下方法：1、不均匀系数小于等于5的土可判为流土。

2、对于不均匀系数大于5的土可采用下列判别方法：1)流土：2)过渡型取决于土的密度、粒级和形状：3)管涌：3、接触冲刷宜采用下列方法判别：对双层结构地基，当两层土的不均匀系数均等于或小于10，且符合下式规定的条件时，不会发生接触冲刷式中D10、d10——分别代表较粗和较细一层土的颗粒粒径(mm)，小于该粒径的土重占总土重的1、0％。

4、接触流失宜采用下列方法判别：对于渗流向上的情况，符合下列条件将不会发生接触流失。

1)不均匀系数等于或小于5的土层：式中D20——较粗一层土的颗粒粒径(mm)，小于该粒径的土重占总土重的20％；d70——较细一层土的颗粒粒径(mm)，小于该粒径的土重占总土重的70％。

产生渗透变形的基本条件及其影响规律渗透变形指的是固体材料在外力作用下发生的变形过程，其中包括各种渗透过程，例如渗透变形、渗透蠕变、渗透疲劳等。

产生渗透变形的基本条件主要有三个：温度、应力和时间。

它们分别影响着渗透变形的程度和速率。

首先，温度是影响渗透变形的重要因素之一。

随着温度的增加，晶体的原子热运动增强，固体内部的原子结构发生变化，晶面间的距离扩大，这使得材料变得更容易透过渗透剂。

此外，温度的变化还可能引起材料的热蠕变现象。

热蠕变是指在高温下，材料的形状和尺寸会因为内部原子的迁移而发生变化。

因此，温度是产生渗透变形的基本条件之一。

其次，应力是另一个影响渗透变形的重要因素。

应力是指材料受到的外部力作用，可以是压力、拉力或剪切力等。

当外部力作用在材料上时，它会引起材料内部的应力分布发生变化。

在渗透变形中，应力的作用会导致材料内部的晶界和缺陷发生位移，使渗透剂能够透过材料的孔隙和裂纹。

因此，应力也是产生渗透变形的基本条件之一。

最后，时间是影响渗透变形的另一个重要因素。

时间的作用是使渗透剂在材料内部逐渐渗透和扩散。

当外力作用一段时间后，渗透剂会渗透进入材料的内部，填充在晶界和裂纹等缺陷处，从而引起渗透变形。

时间越长，渗透剂扩散的越多，渗透变形越明显。

因此，时间也是产生渗透变形的基本条件之一。

渗透变形的影响规律与基本条件相关。

首先，渗透变形的程度和速率与温度成正相关。

在相同的应力和时间下，温度越高，渗透变形越明显且速率越快。

这是由于高温下原子的热运动增强，使渗透剂更容易通过材料的缺陷透入材料内部。

其次，渗透变形的程度和速率与应力成正相关。

在相同的温度和时间下，应力越大，渗透变形越明显且速率越快。

这是因为应力会改变材料内部的应力分布，使缺陷更容易被渗透剂填充，从而导致渗透变形现象的发生。

最后，渗透变形的程度和速率与时间成正相关。

在相同的温度和应力下，时间越长，渗透变形越明显且速率越快。

这是因为时间越长，渗透剂扩散的更多，能够填充更多的缺陷，从而引起更明显的渗透变形。

2010土木工程师(岩土)专业知识测试《第六章土工结构和边坡防护》试题总分：155分及格：93分测试时间：120分一、单选题(共59题，每题1分，每题的四个备选项种只有一个最符合题意)(1)渗流在垂直于渗透系数相差较大的两个相邻土层流动时，将渗透系数较小的土层中的细颗粒带人渗透系数较大的土层中的现象称（）。

(2)某铁路路堑采用锚杆挡墙支护，每根锚杆的轴向拉力为85kN，锚杆钢筋抗拉强度设计值为210MPa，其钢筋面积应不小于（）m<SUP>2</SUP>。

(3)换土垫层法在处理浅层软弱地基时，垫层厚度应符合的要求为（）。

(4)下列各项不属于排水设施的是（）。

(5)在对高速公路的高填深挖段进行边坡设计时，应采用动态设计法。

下列对动态设计法的理解正确的是（）。

(6)<Ahref="javascript:;"></A>(7)<Ahref="javascript:;"></A>(8)在进行土石坝渗流计算时所包括的内容有（）。

(9)<Ahref="javascript:;"></A>(10)据《建筑边坡工程技术规范》(GB 50330—2002)的规定，计算边坡和支挡结构的稳定性时，荷载效应应取（）。

[2006年真题](11)按《建筑地基处理技术规范》(JGJ 79—2002)下列关于单桩或多桩复合地基载荷试验承压板面积的说法中，下列（）选项是正确的。

[2005年真题](12)冻土地区的路基宜填筑（）。

(13)对坝体和岩石坝基及岸坡的连接进行处理时，下列基础处理原则不正确的是（）。

(14)下列说法正确的是（）。

(15)对于（）类地基土，采用堆载预压法处理时要慎重。

(16)采用堆载预压法加固软土地基时，排水竖井宜穿透受压软土层，对软土层深厚竖井很深的情况应考虑井阻影响，其中井阻影响程度和下列（）无关。

一、名词解释第一章土的物理性质及分类简答题1.何谓土粒粒组？划分标准是什么？答：粒组是某一级粒径的变化范围。

粒组划分的标准是粒径范围和土粒所具有的一般特征，粒径大小在一定范围内的土粒，其矿物成分及性质都比较接近，就划分为一个粒组。

2.无粘性土和粘性土在矿物成分、土的结构、物理状态等方面，有何重要区别？答：无粘性土和粘性土作为工程中的两大土类，在矿物成分、土的结构和物理状态方面存在着差异。

①矿物成分：无粘性土一般由原生矿物组成，颗粒较粗；粘性土一般由次生矿物组成，化学稳定性差，颗粒较细。

②土的结构：从土的结构上看，无粘性土颗粒较粗，土粒之间的粘结力很弱或无粘结，往往形成单粒结构。

粘性土颗粒较细，呈现具有很大孔隙的蜂窝状结构或絮状结构，天然状态下的粘性土，都具有一定的结构性、灵敏度和触变性。

③物理状态：无粘性土的工程性质取决于其密实度，而粘性土的工程性质取决于其软硬状态及土性稳定性。

3.粘性土的软硬状态与含水量有关，为什么不用含水量直接判断粘性土的软硬状态？答：粘性土颗粒很细，所含粘土矿物成分较多，故水对其性质影响较大。

当含水量较大时，土处于流动状态，当含水量减小到一定程度时，粘性土具有可塑状态的性质，如果含水量继续减小，土就会由可塑状态转变为半固态或固态。

但对于含不同矿物成分的粘性土，即使具有相同的含水量，也未必处于同样的物理状态，因为含不同矿物成分的粘性土在同一含水量下稠度不同。

在一定的含水量下，一种土可能处于可塑状态，而含不同矿物颗粒的另一种粘性土可能处于流动状态。

因此，考虑矿物成分的影响，粘性土的软硬状态不用含水量直接判断。

第二章土的渗流简答题1.简述达西定律应用于土体渗流的适用范围。

答：达西定律是描述层流状态下渗流流速与水头损失关系的规律，只适用于层流范围。

土中渗流阻力大，故流速在一般情况下都很小，绝大多数渗流，无论是发生于砂土中或一般的粘性土中，均属于层流范围，故达西定律均可适用。

但对粗粒土中的渗流，水力坡降较大时，流态已不再是层流而是紊流，这时，达西定律不再适用；对粘土中的渗流，当水力坡降小于起始坡降时，采用达西定律是不适宜的，达西定律适用于水力坡降大于起始坡降的情况。

第六章堤坝管涌和接触冲刷破坏机理§ 6.1 无粘性土的渗透破坏6.1.1无粘性土的渗透系数的确定无粘性土的渗透系数的确定有实验和计算两种方法。

渗透系数的计算是岩土 工程问题中的一项重要的研究课题，因为它不仅可以给出工程实用的计算方法， 而且可以揭示渗透系数的物理意义， 以及影响渗透系数的各个影响因素， 如孔隙 直径，等效粒径等。

因此半个世纪以来，许多研究者投入了这方面的研究工作， 采用实验和经验相结合的方法，取得了一定成绩 ⑴。

达西定律中的渗透系数，最初只是实验确定的经验参数，多年来，许多学者 采用量纲分析、毛细模型、水力半径、孔隙平均直径模型和统计模型理论来推导， 阐明其物理意义。

孔隙平均直径法是以v^-gR J h ( V '—毛细管中实际的平均流 8u速；：一液体的运动粘滞系数；g —重力加速度；R —毛细管半径；J h —毛细管中 实际的水力坡降)为基础，采用土体孔隙平均直径代替毛细管半径的方法 ⑴。

对于均匀土可直接使用如下模型简化⑴：(1) 将均匀土视为颗粒大小相等的球体；(2) 将均匀土的孔隙通道看作一束束平行的毛细管道。

在理想模型的基础上进一步假设：(3) 假想体的毛细管道的孔隙体积等于理想体的孔隙体积(4) 假想体的毛细管道的管壁总表面积等于理想体即球体的总表面积。

由此可求得孔隙平均直径D o ⑴:式中：a —颗粒形状修正系数，为土颗粒表面积与同体积球体表面积之比；n — 土的孔隙率；d —均匀土颗粒直径。

式(6.1)是将均匀土转化为假想土体的数学模型。

对均匀土，n 的变化范围约 在0.3〜0.45之间，a 的变化范围在1.5〜1.0,带入可得平均孔隙直径 ⑴： D o =(0.2-0.3)d 肚0.25d(6.2) 对于无粘性天然土(不均匀土)孔隙平均直径，一般采用 D 。

二d 20。

按照毛 细管中层流公式V'二亘J h ，渗透系数可表示为K 10二AD ；，于是计算渗透系数8v时许多学者给出了计算孔隙平均直径的公式⑴：(1) 哈增(A.Hazen ) D 。