土的渗透变形讲解

工作任务2渗透力与渗透变形

2.2.1渗透力

流动的水作用在单位体积土的骨架上的力称为渗透力。渗透力是流动的水对土体施加的体积力，它与单位体积内渗透水流受到的骨架的阻力

大小相等，方向相反。

作用于土柱中水体上的力有：

①截面1上的总水压力

，其方向与渗流方向一致；

②截面2上的总水压力

，其方向与渗流方向相反；

③土柱中的土颗粒对渗流的总阻力

，其大小应和总渗透力J相等，即F=J=jLA=jv，方向与渗流方向相反。

根据渗流方向力的平衡条件得：

则渗透力

渗透力是一种体积力，单位为KN/m3,其大小与水力坡度成正比，方向与渗流方向一致。

2.2.2渗透变形破坏形式

水流在发生渗透时，由于渗透力的方向与渗流方向一致，因此它对土体稳定性有着很大的影响。

（a）向下渗流时；

（b）向上渗流时图2-9不同渗流方向对土的影响

在渗透力的作用下，渗流出溢处表面一定范围内的土颗粒被同时浮起带走的现象称为流土（流砂）。

临界状态时的水头梯度称为临界水头坡降icr。

1、流土流土导致基坑坍塌

流土往往发生在渗流的逸出处，可以用渗流逸出处的水力坡降i与其临界水力坡降icr比较，判别流土发生的可能性。

若

，则土体处于稳定状态；

若

，则土体处于临界状态；

若

，则土体发生流土。

在设计中将临界水力坡降除以安全系数作为允（容）许水力坡降

，设计中将逸出处的水力坡降

控制在允许水力坡降

之内，即要求：

k=2.0-2.5

FS=1.5-2.0重要工程取2.5

FS流土发生时，局部土体隆起、浮动，颗粒群同时发生移动而流失。流土一般发生在无保护的渗流出口处，而不发生在土体内部。开挖基坑或渠道时出现的所谓“流砂”现象，就是流土的常见形式。2、管涌

管涌是指在渗流作用下，土中的细颗粒通过粗颗粒的孔隙被水流带出土体以外的现象。

管涌

发生管涌时的临界水头梯度与土的颗粒大小及其级配情况有关，但至今管涌的临界水力坡降尚无成熟的计算公式可循。对于重要的工程，须通过渗透破坏试验确定，图2-13

关系曲线无黏性土发生管涌的临界水力坡降，可按经验公式计算：

式中：d3——小于该粒径颗粒含量为3%所对应粒径（cm）；

n——孔隙率；

k——渗透系数（cm/s）。

研究表明，不均匀系数CU≤10的匀粒砂土，只可能出现流土破坏形式；CU＞10的砂砾土，既可能发生管涌，也可能产生流土，主要取决于土的级配情况与细料含量。

3.接触流失渗流垂直于渗透系数相差较大的两层土的接触面流动时，把其中一层的颗粒带出，并通过另一层土孔隙冲走的现象，称为接触流失《水力水电工程地质勘察规范》GB50487-2008中给出了不发生接触流失的两种判别方法：（1）不均匀系数小于等于5的土层，满足D15/d85≤5（2）不均匀系数小于等于10的土层，满足D20/d70≤7式中d85、d70—较细层土中小于该粒径的土重占总土重的85%、70%的颗粒粒径；D15、D20—较粗层土中小于该粒径的土重占总土重的15%、20%的颗粒粒径。4.接触冲刷

渗流沿着两种不同介质的接触面流动时，把其中颗粒层的细粒带走，这种现象称为接触冲刷《水力水电工程地质勘察规范》GB50487-2008中规定，对双层结构的地基，当两层土的不均匀系数小于等于10且满足D10/d10≤10时（其中D10、d10分别代表较粗和较细层土中小于该粒径的土重占总土重的10%的颗粒粒径），不会发生接触冲刷.1.渗透变形产生的原因

一：上、下游水位差形成的水力坡降；

二：土的颗粒组成特性。

主要治理措施：降低水力坡降。

2.基坑开挖防渗措施

开挖基坑时，当渗透水力坡降大于临界水力坡降icr时，坑底泥砂翻涌，出现流砂现象，不仅给施工带来很大的困难，甚至影响邻近建筑物的安全，所以在开挖基坑时要防止流砂的发生渗透变形的防治措施1.水工建筑物防渗措施（1）设置垂直防渗体延长渗径。如截水槽（图7-10）、混凝土防渗墙（图7-11）、板桩和帷幕灌浆，以及新发展的防渗技术，如高压定向喷射灌浆、倒挂井防渗墙等。（2）上游设置水平粘土铺盖或铺设土工合成材料，与坝体的防渗体相连，以延长渗径，降低水力坡降（图7-12）。（3）下游设置反滤层、盖重。用以滤土排水，使渗流逸出，又防止细小颗粒被带走（图7-13）。（4）设置减压设