岩体的渗透特性

1、岩体的渗透特性,第,2,章,?,2.1,概述,岩体的渗透特性,?,水在岩土体孔隙中的流动过,程称为渗透。岩土体具有渗透,的性质称为岩土体的渗透性。,上游,浸润线,下游,流线,H,等势线,l,(a),(b),?,由水的渗透引起岩土体边坡失稳、边坡变形、地基变形、岩溶渗透,塌陷等均属于岩土体的渗透稳定问题。水在孔隙介质中的渗透问题，,目前的研究在试验及理论上都有一定的水平，在解决实际问题方面也,能够较好地反映土在孔隙介质中的渗流的运动规律,。,h,2.2,岩土体的渗透性,?,岩石的透水性,：,?,在一定的水力梯度或压力作用下，岩石能被水透过的性质，称为透水性。,对孔隙介质岩体，一般认为，水在岩石中

2、的流动，如同水在土中流动一样，,也服从于线性渗流规律,达西定律；,?,渗透系数是表征岩石透水性的重要指标，其大小取决于岩石中空隙、裂隙,的数量、规模及连通情况等，并可在室内根据达西定律测定。,?,岩石的渗透性一般都很小，远小于相应岩体的透水性，新鲜致密岩石的渗,透系数一般均小于,10,-7,cm/s,量级。,?,同一种岩石，有裂隙发育时，渗透系数急剧增大，一般比新鲜岩石大,4,6,个数量级，甚至更大，说明空隙性对岩石透水性的影响是很大的,2.2,岩土体的渗透性,?,岩体的渗透性：,?,岩体的渗透性是一个复杂的问题，根据目前的研究，,岩体的渗流大体可划分为准均匀介质渗流、裂隙性介,质渗流和岩溶性

3、介质渗流三种。,?,(1),准均匀介质渗流：,属于这一类型的有全、强风化,带及弱风化带的中上部的多孔隙砂岩。在该渗流场中，,达西定律基本上适用；,?,(2),裂隙性介质渗流：裂隙性介质渗流是岩体渗流的,基本形式，水的渗流主要受裂隙的类型、裂隙的大小、,裂隙的产状及裂隙充填情况所控制。,2.2,岩土体的渗透性,?,岩体的渗透性：,?,(3),岩溶介质渗流：岩溶介质渗流是岩体渗流最复杂的一种形式，由,于受岩溶的发育规律所控制，岩溶的渗流具有间歇性、隐伏性、封,闭性和地下水系等特点。,?,岩溶介质渗流的复杂性主要表现在以下三个方面：,?,多循环系统共存,这是岩溶介质渗流最突出的特点之一。如一个,泉眼

4、可能是一个循环系统的排泄点，也可能是几个循环系统的排泄,点。同时，单个系统在空间上可以相互交叉。,?,裂隙性渗流与管道型渗流共存。,?,多种渗流特征参数共存。,2.2,岩土体的渗透性,?,岩土渗透性分级：,?,水利水电工程地质勘察规范（,GB50287-99,）规定，岩土渗透性可按表,2,3,分级。,标准,渗透性等级,渗透系数,k,（,cm/s,）,极微透水,微透水,弱透水,中等透水,强透水,透水率,q,（,Lu,）,岩体特征,土类,K,10,-6,10,-6,K,10,-5,10,-5,K,10,-4,10,-4,K,10,-2,10,-2,K,10,0,q,0.1,0.1,q,1,1,q,

5、10,10,q,100,完整岩石，含等价开度,0.025mm,裂隙的岩体,含等价开度,0.025,0.05mm,裂隙的岩体,含等价开度,0.05,0.01mm,裂隙的岩体,含等价开度,0.01,0.5mm,裂隙的岩体,含等价开度,0.5,2.5mm,裂隙的岩体,粘土,粘土粉土,粉土细粒土质砂,砂砂砾,砂砾砾石、卵石,q,100,极强透水,K,10,-5,q,100,含连通孔洞或等价开度,2.5mm,裂隙的岩体,粒径均匀的巨砾,2.3,坝基渗透稳定性分析,?,坝基下的渗透：,?,坝基下的渗透水流，使岩土体中的某些颗粒移动或颗粒成分、结构,发生改变的现象称为渗透变形或渗透破坏。渗透变形对土石坝稳定

6、,影响极大，,?,据美国发表的资料，在破坏的土石坝中，有,40,是由于坝基或坝体,土的渗透变形所造成。,?,我国对有问题的土石坝的调查发现其中由渗透变形所引起者竟达,60,。四川陈仓水库条石拱坝的实事便是一例。该坝由于清基不彻底，,在三号拱基下发生渗透变形，不仅把红色风化泥岩裂隙中的粘土冲,蚀，而且把泥岩也冲蚀了,7m,深，连同被冲蚀的坝身成为一个高,13m,，,宽,8m,的冲蚀洞。,?,坝基渗透变形的主要类型是,管涌和流土,。,2.3,坝基渗透稳定性分析,?,在工程地质勘测的基础上坝基渗透稳定性的分析步骤如下：,?,（,1,）在宏观第四纪地层结构分析或软弱夹层研究的基础上，进行坝,基渗透变形

7、特征的分段。,?,（,2,）根据岩性和颗粒分析以及物理分析试验资料，对各地段进行渗,透变形类型的预测。,?,（,3,）确定坝基各点的实际水力坡降。确定方法有理论计算法、流网,法、水电比拟法和观察法等。初步判定可用计算法。,双层结构且透水层厚度稳定，坝下溢出平均水力坡度,为：,I,?,(H,1,-H,2,)/,2,M,1,?,L(K,1,M,1,/K,2,M,2,),0,.,5,2.3,坝基渗透稳定性分析,?,（,4,）确定临界水力坡降。确定临界水力坡降有计算法、试验法和经验数值,法。,?,计算法，临界水力坡降可用式（,2-7,）计算。,?,试验法,确定临界水力坡降的试验法有室内试验和现场试验。

8、室内试,验多在透明的有机玻璃渗透仪或水槽中进行（图,2-8,和图,2-9,）。,2.3,坝基渗透稳定性分析,?,现场渗透变形试验对于砂砾石土类有堤坝式、围堰式、现场试件式,等，以堤坝式较好。,如坝基下不深处有粘土隔水层，,则可使隔水墙嵌入粘土层，将试,验砂砾层全部封闭起来（图,2-,10,）。如粘土层很深，可用半封,闭或不封闭堤坝式（隔水墙深为,设计水头的,1/2,）。试验坝的底宽,和长度分别为设计坝的,1/100,和,1/200,。,2.3,坝基渗透稳定性分析,?,软弱夹层渗透变形现场试验有辐射流法和平行流法。前者是用一个,主压水孔，产生辐射渗透，在四周打孔，挖坑观测；后者是打一排,孔联合压

9、水，使试验地段的中心地带，产生近于平行流渗透，后一,种方法与坝基实际渗流状态接近，具体布置如图,2-11,。,图,2-11,软弱夹层现场渗透变形试验布置图,2.3,坝基渗透稳定性分析,?,现场试验也是逐级升压，逐级稳定，并经历试验与逐级减压两个阶,段。一般在每级压力下要稳定,2,3h,，所以试验历时较长。试验结束，,绘制流量与压力关系曲线或,1g,I,1g,v,关系曲线，以曲线转折点求出,I,。,（图,2-12,）,2.4,渗透变形的防治措施,?,控制坝基及地基的渗流，其主要任务可归结为三点：,?,一是尽量减少渗漏量；,?,二是提早释放渗透压力，保证地基与水工建筑物有足够的静力稳定,性；,?,

10、三是防止渗透破坏，保证渗透稳定性。,?,渗透变形的防治措施可分为渗流水动力条件改变、渗流出口,保护和土石性质改善等三个方面。,2.4,渗透变形的防治措施,?,1),建筑物深挖基坑及地下巷道施工时流砂破坏的防治,?,这种防治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。其目的是在防治流砂的同时，又防止了地下水涌,入基坑。也可采用板桩防护墙施工。,?,水平坑道、竖井开挖遇流砂时，前者可采用盾构法施工，后者采用,沉井式支护掘井。,?,目前工程中也可采用冻结法或电动硅化法改善砂土性质，使施工顺,利进行。,2.4,渗透变形的防治措施,?,2),抽水井防止管涌的措施,?,通过在过滤管

11、与井壁间充填反滤料，以保护渗流出口。,?,反滤料的粒径选择必须考虑到被保护的含水层中潜蚀颗粒的,大小，以细颗粒不能穿过反滤料孔隙为原则。,2.4,渗透变形的防治措施,?,3),土石坝坝基渗流控制措施,?,坝基有岩基和非岩基两大类，非岩基也称为松散地基。对松散地基,的渗流通常采用垂直和水平两种控制手段，具体措施有：,?,设置截水槽；,?,浇筑混凝土防渗墙或灌浆帷幕；,?,铺筑上游水平防渗铺盖。,?,土石坝基的渗流控制主要是防渗和保证渗透稳定，如我国黄河小浪,底工程高,154m,的土石坝及三峡工程二期围堰堰体等均采用防渗墙和,防渗帷幕灌浆结合防止坝基渗流。,2.4,渗透变形的防治措施,?,3),土

12、石坝坝基渗流控制措施,?,(1),防渗帷幕,?,在大坝靠上游面的地基中，平行坝铀线打一排或几排钻孔，在,高压下将水泥等浆液压入基岩的裂隙或断层破碎带中，待凝固后,就形成一道隔水的屏幕，称为防渗帷幕。帷幕的深度、厚度、灌,浆孔距、排距、灌浆压等参数，应根据水文地质工程地质条件、,建筑物规模及其防渗要求综合考虑，最好由现场灌浆试验确定。,图,2-13,砂砾石坝基防渗,处理示意图,2.4,渗透变形的防治措施,?,3),土石坝坝基渗流控制措施,?,(2),防渗墙和铺盖,?,当砂砾石透水层不厚时，可挖出梯形糟回填粘土成为截水槽。,当透水层厚时可用板桩、混凝土连锁管柱和混凝土防渗墙等垂直,防渗措施截断透水层。用大直径钻孔造圆孔或槽孔，然后回填混,凝土与不透水层相接，各孔相互搭接成为连续的横河防渗墙，效,果较好,(,图,2-14),。当透水层很厚时，则宜在坝上游采用粘土铺盖。,图,2-14,基岩坝基排水系统,示意图,2.4,渗