CH10渗透变形工程地质研究

工程地质学ENGINEERING GEOLOGY主讲人：刘岁海lecturer:Liu Suihai

第十章

渗透变形工程地质研究deformation

Engineering geology study of permeability

主要内容(Main Topics)

渗透变形的类型与特点(Style and characteristic of permeability deformation)

渗透变形产生的条件(Procreant condition of permeability deformation)

渗透变形的预测(Forecast of permeability deformation)

渗透变形的防治(Prevention and cure of permeability deformation)

第一节一、概念

渗透变形的类型与特点

渗透变形(seepage deformation)、渗透破坏 (seepage failure ):岩土体在地下水渗透力(动水

压力)(hydrodynamic force) 的作用下，部分颗粒或

整体发生移动，引起岩土体的变形和破坏的作用和现象。

表现为鼓胀、浮动、断裂、泉眼、沙浮、土体翻动等。

二、研究意义 渗透危害

1、基坑开挖出现流沙现象 2、水坝坝基管涌 3、岩溶塌陷等

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。 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，再往下则是砂砾及卵石等强透水层。 在汛期高水

位时由于下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，发生管涌。

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、渗透变形的类型1、潜蚀 (piping) :在渗流作

用下，细颗粒沿土体骨架中的孔道发生移动带走的现象，又称管涌。 潜蚀发生在不均匀的砂层或砂卵 (砾)石层中，细粒物质从粗粒骨架 孔隙中被渗流携走，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：渗流的机械冲刷力把细小的土颗粒

潜蚀

携走，而较大的颗粒仍留在原处。

化学潜蚀：土中含有可溶盐类的颗粒或胶结物时，水流溶蚀了它们，使土的结构变松，孔隙

度增大，水流的渗透能力加强。

根据渗透方向与重力

水平管涌：坝基底下 垂直管涌：坝后

方向的关系

管涌

原因：内因—— 有足够多 的粗颗粒形成大于

管涌破坏

细粒直径的孔隙 外因——渗透力足 够大

2、流土(quick

soil quick sand)

(流沙):在

渗流作用下，

土体中的颗粒群或团块同时发生移动的现象。 常发生于均质砂土层和亚砂土层中。

流土的危害性较管涌大，它可以使土体完全丧失强度。

潜蚀和流土是可以转化的，潜蚀的发展、演化，可以转化为流土，但非相互转化。

流土

在向上的渗透作用下，表层局部土体颗粒同时发生悬浮移动的现象

坝体 粘性土k1<<k2 渗流 砂性土k2

流土与管涌的比较流土现象

管涌土体内细颗粒通过粗粒形成的孔隙通道移动 可发生于土体内部和渗流溢出处 一般发生在特定级配的无粘性

土体局部范围的颗粒同时发生移动

位置 土类

只发生在水流渗出的表层 只要渗透力足够大， 可发生在任何土中

土或分散性粘土破坏过程相对较长

历时

破坏过程短

后果

导致下游坡面产生局部滑动等

导致结构发生塌陷或溃口