第三章 土的渗透性及渗流

第三章

土的渗透性及渗流

一、概述

二、土的渗透性

三、常见软弱土和不良土

四、地基处理方法分类及适用范围

五、地基处理方法选用原则和规划程序

六、地基处理施工过程与完工后的注意事项

七、关于地基承载力表达式的说明

八、载荷试验

一、第一节概述

由前一章叙述可知，土是具有连续孔隙的介质，当土作为水工建筑物的地基或把它直接作为水工建筑物的材料时，水就会在水位差的作用下，从水位高的一侧透过土体的孔隙流向水位低的一侧。

如图3-1-1（a）为水闸挡水后水从上游透过地基土的孔隙流向下游；3-1-1图（b）为土坝蓄水后，水从上游透过坝身填土孔隙流向下游的例在水位差作用下，水透过土体孔隙的现象称为渗透。

土具有被水透过的性能称为渗透性。

水的渗透会引起两方面的问题，一是渗透问题，二是渗透稳定问题。前者会造成水量损失，影响工程效益。后者将引起土体内部应力状态的变化，从而改变水工建筑物或地基的稳定条件。此外，土体的渗透强弱对土体的固结、强度以及工程施工都有非常重要的影响。为此，我们必须对土的渗透性、水在土中的渗透规律及其与工程的关系进行很好地研究。一、达西定律

土体中孔隙的形状何大小是极不规律的，因而水在土体孔隙中的孔隙一般非常微小，水在土体中流动时的粘滞阻力很大，流速缓慢，因此，其状态多为层流。

早在1856年法国学者达西利用如图所示的装置对沙土的渗透性进行了研究，发现水在图中渗透速度与试样两端面间的水位差成正比，而与渗径长度成反比，于是他把渗透速度表示为：

第二节达西定律及其适用范围

一、达西定律土体中孔隙的形状何大小是极不规律的，因而水在土体孔隙中的孔隙一般非常微小，水在土体中流动时的粘滞阻力很大，流速缓慢，因此，其状态多为层流。早在1856年法国学者达西利用如图所示的装置对沙土的渗透性进行了研究，发现水在图中渗透速度与试样两端面间的水位差成正比，而与渗径长度成反比，于是他把渗透速度表示为：

第二节达西定律及其适用范围（2）基础的类型4、复合地基

复合地基:部分土体被增强或被置换形成增强体，由增强体和周围地基土共同承担荷载的地基。

复合地基与桩基都是采用以桩的形式处理地基，故两者具有

相似之处，但复合地

基属地基的范畴，而

桩基属于基础范畴。

复合地基及与桩基受力对比示意

5、地基处理

当天然地基的强度和变形不能满足上部结构或基础设计要求时，需对一定深度和范围的软弱地基进行人工加固处理后再建造基础。这种对软弱土进行人工加固处理的方法称为地基处理。

分为：物理方法的加固处理、化学方法的加固处理。1满足强度要求2满足变形要求3满足动力稳定性要求4满足透水性要求5满足特殊土地基安定性要求二、地基处理的目的和意义1、强度要求：

满足地基土在上部结构的自重及外荷载作用下不致产生局部或整体剪切破坏。2、变形要求：

满足地基土在上部结构的自重及外荷载的作用下不致产生过大的沉降，特别是超过建筑物所能容许的不均匀的沉降。

3、动力稳定性要求：

满足地基土在动力荷载（如地震荷载）作用下不致发生液化、失稳和震陷等灾害。4、透水性要求：a.

满足地基土的地下水不会由于施工而造成渗漏量或动水压力超过容许值，发生涌土、流砂、边坡滑坡等事故。b.

蓄水构筑物地基渗流量不超过其允许值。5、特殊土地基安定性要求：

满足湿陷性黄土、膨胀土、内陆性盐渍土等特殊土上的建筑物不会由于不良土性而发生损坏。三、常见软弱土和不良土

1）软粘土

2）人工填土

3）高压塑性土

4）湿陷性土

5）有机质土和泥炭土

6）垃圾土

7）膨胀土

8）盐渍土

9）多年冻土

10）岩溶、土洞、山区地基西藏公路（多年冻土）黄土高原（湿陷性黄土）广西膨胀土膨胀土地质

湖南某高架灌渠支墩倾斜

（膨胀土地基吸水膨胀后产生上胀力，顶起支墩；支墩靠近河道一侧的水量大，上胀力也大）岩溶景观岩溶1992年徐州市7号区第一次、第二次塌陷现场（溶洞与裂隙、下大雨）三峡库区的滑坡1972年香港宝城大厦被滑坡冲毁倒塌成废墟当场死亡120人（山坡土质差、罕见大暴雨、暴雨持续时间长）乐亭县城关小学教室砂、水从裂缝中冒出圆形喷砂口群砂土液化2006年2月17日发生于菲律宾特大型泥石流软粘土(SoftSoil)：大部分处于饱和状态，天然含水量大于液限，孔隙比大于1.0。淤泥(Muck)及淤泥质土(MuckySoil)

天然含水量高、天然孔隙比大、抗剪强度低，压缩系数高、渗透系数小。荷载作用下，软粘土地基承载力低，地基沉降变形大，不均匀沉降也大，沉降稳定历时比较长。广泛分布在沿海以及内地河流两岸和湖泊地区。2.人工填土：素填土、杂填土、充填土3.部分砂土和粉土：主要指饱和粉砂土、饱和细砂土和砂质粉土。在机械振动、车辆荷载、波浪或地震力作用下有可能液化或产生大量沉陷变形。4.湿陷性土：湿陷性黄土、粉砂土和干旱或半干旱地区具有崩解性的碎石土。湿陷性黄土(CollapsibleLoess)是指在覆盖土层的自重应力或自重应力和建筑物附加应力综合作用下，受水浸湿后，土的结构迅速破坏，并发生显著的附加沉降，其强度也迅速降低的黄土。

5.有机质土和泥炭土：土中有机质含量大于5%时称为有机质土，大于60%时称为泥炭土。强度低、压缩性大6.垃圾土：城市废弃的工业垃圾和生活垃圾形成的地基土。垃圾填埋场的设计与施工、垃圾桩复合地基、垃圾场的再利用7.膨胀土(ExpansiveSoil)：粘粒成分主要由亲水性黏土矿物组成的黏性土。

膨胀土在环境的温度和湿度变化时会产生强烈的胀缩变形。8.盐渍土：土中含盐量超过一定数量的土浸水后，盐溶解产生地基溶陷。某些盐渍土在环境的温度和湿度变化时会产生体积膨胀。9.多年冻土(FrozenClay)：温度连续3年或以上保持在0℃或以下，并含有冰的土层。长期荷载作用下有强烈的流变性。可能产生融化10.岩溶、土洞和山区地基：

可溶性岩层受水的化学和机械作用而形成的溶洞、溶沟、裂隙等称为岩溶。土洞是岩溶地区上覆土层被地下水冲蚀或潜蚀所形成的洞穴。岩溶和土洞造成：地面变形、地基陷落、水的渗漏、涌水等。山区地基：地基不均匀、场地不稳定（滑坡、崩塌、泥石流）等。

四、地基处理的方法和适用范围

a、置换

全部或部分挖除浅层软弱土层或不均匀土层，回填坚硬、较粗粒径材料，夯压密实，形成垫层的处理方法。

b、排水固结

对地基进行堆载或真空预压，使地基固结。

C、灌入固化物

灌入或拌入水泥、石灰、其它化学固化浆材，在地基中形成增强体

d、振密、挤密

采用振动、挤密的方法使地基土体密实，提高承载力，减小沉降e、加筋

在地基中设置强度高、模量大的筋材：土工聚合物法、加筋土土工聚合物、土锚、土钉、树根桩。

f、冷、热处理

热加固处理、冻结法。

g、托换

对已有建筑物地基和基础进行处理和加固

h、纠倾和迁移

纠倾：对由于沉降不均匀造成倾斜的建筑物进行矫正

迁移：将已有建筑物从原来的位置移到新的位置

五、地基处理方法选用原则和

规划程序1、各种方法均有其适用范围，各有优点与局限性；2、选择地基处理方法应综合考虑地基条件、加固要求、工程进度、工程造价、材料及机具等各方面因素；3、选择的方法应注意环境保护（地下水的污染、振动、噪音等）。因地制宜的原则：1、相同场区土层软硬程度存在差别；2、地层厚度分布不同；3、局部差异与处理；4、施工机械与地区性经验；5、工期与施工方法。静力触探试验曲线对比

（邯郸县物质局办公楼）地层的分界面不是平面、厚度变化、地下水影响地基处理规划程序:建构筑物对地基的要求天然地基要求天然地基是否满足要求天然地基满足地基处理不满足处理方案可行性研究，提出多种可行方案机具、材料条件经验、教训地基处理原理技术、经济、进度比较分析，并满足环保要求地基处理设计必要时进行现场试验，补充调查地基处理设计地基处理施工质量检验、是否符合要求人工地基符合要求补救措施要重视对天然地基工程地质条件的详细了解强调进行多方案比较六地基处理施工过程与

完工后的注意事项施工人员必须掌握施工方法，并了解地基处理方法的原理、技术标准与质量要求；2施工中应进行实时监理；3

完工后必须进行质量检测。七、关于地基承载力表达式的说明1、地基极限承载力pu（ultimatesubsoilbearingcapacity）:地基剪切破坏发展即将失稳时所能承受的极限荷载。a.按载荷试验确定pu，拐点法。b.按理论公式确定pu：

Prandtl公式、Skempton公式、Terzaghi公式、Vesic公式、Hansen公式。2、地基承载力允许值（allowablesubsoilbearingcapacity）：地基稳定有足够安全度的承载能力，相当于pu/k，k为安全系数。3、地基承载能力特征值fa（characteristicvalueofsubgradebearingcapacity）：在保证地基稳定的条件下，使建筑物的沉降量不超过允许值的地基承载力。fa=α·pu/k

α是地基允许变形值控制的系数，0<α≤1.

地基变形控制愈严，α值愈小；对于允许产生较大地基变形的建筑物，可取α＝1。荷载沉降关系曲线4.

地基承载力的特征值的确定

1）按土的抗剪强度指标确定2）按地基载荷试验确定3）按规范承载力表确定4）按建筑经验确定1）按土的抗剪强度指标确定a.地基极限承载力

fa=Pu/KK——安全系数K=2~3，取值与地基基础设计等级、荷载的性质、土的抗剪强度指标的可靠程度以及地基条件等因素有关。b.规范推荐的理论公式。

c.按理论公式计算几点说明a）影响最大的是抗剪强度指标的取值。应选择原状土样以三轴压缩实验中的不固结不排水试验。每层土实验数量不得少于6组。b）地基承载力还与基础的大小、形状、埋深以及荷载情况有关。对饱和软土当φk>0，增大b可提高承载力。c）与埋深d有关，但对实体基础，增加的承载力将被基础和回填土重量的相应增加抵消。特别是饱和土Md=1。d）进行地基变形验算。e）内磨擦角标准值和粘聚力标准值。2）按地基载荷试验确定载荷试验包括浅层平板载荷试验、深层平板试验及螺旋板载荷试验。前者适用于浅基，后二者适用于深基。根据载荷试验成果p-s曲线确定地基承载力特征值分二种情况。按荷载试验成果确定地基承载力特征值（a)低压缩性土（b）高压缩性土a.对密实砂土、硬塑粘土等低压缩性土，由强度安全控制，按规范规定以直线段末点把对应的压力p1（比例界限荷载）作为承载力特征值。对于呈脆性破坏的土，pl与pu很近，pu∠2pl时，取pu/2作为特征值。b.对松砂、填土、可塑粘土等中、高压缩性土，由允许沉降量控制。当压板面积为0.25--0.5平方米时，规范规定可取沉降s=(0.01--0.015)b所对应的荷载作为承载力特征值。此值不大于最大加载量的一半。同一层土要有三个以上试验点，当极差不超过平均值30%时取平均值为fak。3）按规范承载力表确定规范给出了按野外鉴别结果、室内物理、力学指标，或现场动力触探试验锤击数,查取地基承载力特征值的表格，可查得fak。N=μ-1.645σ当基础宽度大于3m或埋置深度大于0.5m时，从载荷试验或其它原位测试、规范表格等方法确定的承载力特征值，应修正

地基处理规范（JGJ79-2002）