《水利工程地基处理堤坝工程渗流控制.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《水利工程地基处理堤坝工程渗流控制.ppt（37页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、土的渗透规律土的渗透规律水在土体孔隙中流动的现象称为水在土体孔隙中流动的现象称为渗流。土具有被水等液体透过的性质称为土具有被水等液体透过的性质称为土的土的渗透性。土的渗透规律因土类不同而有所差异：q砂土、粉土渗透符合砂土、粉土渗透符合线性渗流规律线性渗流规律Darcy定定律律q密实粘性土密实粘性土非线性渗流规律非线性渗流规律q砾、卵石中当流速过快时砾、卵石中当流速过快时非线性渗流规律非线性渗流规律达西（达西（DarcyDarcy，18561856）定律）定律n砂土、粉土在层流状态下，土中水的渗流速度与砂土、粉土在层流状态下，土中水的渗流速度与能量损失之间服从能量损失之间服从线性渗流规律线性渗流
2、规律。v=kiivO O砂土砂土达西（达西（DarcyDarcy，18561856）定律）定律n砂土、粉土在层流状态下，土中水的渗流速度与砂土、粉土在层流状态下，土中水的渗流速度与能量损失之间服从能量损失之间服从线性渗流规律线性渗流规律。渗透系数及影响因素渗透系数及影响因素q渗透系数渗透系数k是反映土的透水性能的比例系数，是水力梯度为1时的渗透速度，其量纲与渗透速度相同(m/d;cm/s)。影响因素：影响因素：影响渗透系数大小的因素很多，主要取决影响渗透系数大小的因素很多，主要取决于土体颗粒的于土体颗粒的种类、形状、孔隙比、不均匀系数、种类、形状、孔隙比、不均匀系数、流体的粘滞性、温度流体的粘
3、滞性、温度等，要建立计算渗透系数等，要建立计算渗透系数k k的的精确理论公式比较困难精确理论公式比较困难注：注：渗透率渗透率与渗透系数不同，其仅取决于岩土本身的与渗透系数不同，其仅取决于岩土本身的性质，与流体性质无关。性质，与流体性质无关。渗透系数及影响因素渗透系数及影响因素q影响因素：影响因素：1.颗粒级配土粒越细或粗大颗粒间含细颗粒越多，土的渗透性越弱；反之，渗透性越强。2.矿物成分原生矿物成分不同，土中的孔隙形态不同，土的渗透性有明显差异；粘土矿物成分不同，形成结合水膜的厚度不同，亲水性越强，渗透性越小。3.土的密度：渗透性随密实程度增加而降低。4.土的结构构造：土的渗透性具各向异性。影
4、响影响砂性土砂性土渗透性的主要因素是渗透性的主要因素是颗粒大小颗粒大小、级配级配、密度密度以及以及土中封闭气泡土中封闭气泡。pp 土颗粒愈粗，愈浑圆、愈均匀，渗透性愈大。土颗粒愈粗，愈浑圆、愈均匀，渗透性愈大。pp 级配良好土，细颗粒填充粗颗粒孔隙中，土体孔隙级配良好土，细颗粒填充粗颗粒孔隙中，土体孔隙减小，渗透性变小；减小，渗透性变小；pp 渗透性随相对密实度渗透性随相对密实度DrDr增加而减小。增加而减小。pp 土中封闭气体不仅减少了土体断面上的过水通道面土中封闭气体不仅减少了土体断面上的过水通道面积，而且堵塞某些通道，使土体渗透性减小。积，而且堵塞某些通道，使土体渗透性减小。渗透系数及影
5、响因素渗透系数及影响因素影响影响粘性土粘性土渗透性的因素比砂性土更为复杂。土的渗透性的因素比砂性土更为复杂。土的矿物矿物成分成分、结合水膜厚度结合水膜厚度、土的结构构造土的结构构造以及以及土中气体土中气体等都等都影响粘性土的渗透性。影响粘性土的渗透性。pp粘性土中含有亲水性矿物粘性土中含有亲水性矿物粘性土中含有亲水性矿物粘性土中含有亲水性矿物(如蒙脱石如蒙脱石如蒙脱石如蒙脱石)或有机质时，由于它们具有很大的膨胀或有机质时，由于它们具有很大的膨胀或有机质时，由于它们具有很大的膨胀或有机质时，由于它们具有很大的膨胀性，渗透性大大降低。含有大量有机质的淤泥几乎是不透水的。性，渗透性大大降低。含有大量
6、有机质的淤泥几乎是不透水的。性，渗透性大大降低。含有大量有机质的淤泥几乎是不透水的。性，渗透性大大降低。含有大量有机质的淤泥几乎是不透水的。pp粘性土中若土粒的结合水膜较厚时，会阻塞土的孔隙，降低土的渗透性。粘性土中若土粒的结合水膜较厚时，会阻塞土的孔隙，降低土的渗透性。粘性土中若土粒的结合水膜较厚时，会阻塞土的孔隙，降低土的渗透性。粘性土中若土粒的结合水膜较厚时，会阻塞土的孔隙，降低土的渗透性。pp土体各向异性和应力各向异性造成了土体渗透性的各向异性。如层状粘土，土体各向异性和应力各向异性造成了土体渗透性的各向异性。如层状粘土，土体各向异性和应力各向异性造成了土体渗透性的各向异性。如层状粘土
7、，土体各向异性和应力各向异性造成了土体渗透性的各向异性。如层状粘土，由于水平粉细砂层的存在，使水平向渗透系数远远大于竖直向渗透系数；西北由于水平粉细砂层的存在，使水平向渗透系数远远大于竖直向渗透系数；西北由于水平粉细砂层的存在，使水平向渗透系数远远大于竖直向渗透系数；西北由于水平粉细砂层的存在，使水平向渗透系数远远大于竖直向渗透系数；西北地区的黄土，具有竖直方向的大孔隙。那么竖直方向的渗透性要比水平方向的地区的黄土，具有竖直方向的大孔隙。那么竖直方向的渗透性要比水平方向的地区的黄土，具有竖直方向的大孔隙。那么竖直方向的渗透性要比水平方向的地区的黄土，具有竖直方向的大孔隙。那么竖直方向的渗透性要
8、比水平方向的大得多。大得多。大得多。大得多。渗透系数及影响因素渗透系数及影响因素渗透系数的确定方法实验室测定法：偏差较大，仅作参考（土样较小，受到扰动）现场测定法：结果比较可靠，但耗费较大经验估算法：初步设计阶段可采用，查表或经验公式估算实验室内测定渗透系数实验室内测定渗透系数实验室内测定渗透系数实验室内测定渗透系数就原理而言，可分为就原理而言，可分为就原理而言，可分为就原理而言，可分为常水头常水头常水头常水头试验和试验和试验和试验和变水头变水头变水头变水头试验。试验。试验。试验。(一一一一)常水头法常水头法常水头法常水头法在整个试验过程中，水头保持不变。在整个试验过程中，水头保持不变。在整个
9、试验过程中，水头保持不变。在整个试验过程中，水头保持不变。常水头法适用于透水性强的无粘性土常水头法适用于透水性强的无粘性土常水头法适用于透水性强的无粘性土常水头法适用于透水性强的无粘性土。k k 1010-3-3 为细砂到中等卵石为细砂到中等卵石为细砂到中等卵石为细砂到中等卵石土的渗透系数：土的渗透系数：土的渗透系数：土的渗透系数：下页所示为基马式渗透仪下页所示为基马式渗透仪下页所示为基马式渗透仪下页所示为基马式渗透仪渗透系数的确定方法实验室内测定渗透系数实验室内测定渗透系数实验室内测定渗透系数实验室内测定渗透系数渗透系数的确定方法(二二二二)变水头法变水头法变水头法变水头法在整个试验过程中，
10、水头是随着时间而变化的。在整个试验过程中，水头是随着时间而变化的。在整个试验过程中，水头是随着时间而变化的。在整个试验过程中，水头是随着时间而变化的。变水头法适用于透水性弱的粘性土变水头法适用于透水性弱的粘性土变水头法适用于透水性弱的粘性土变水头法适用于透水性弱的粘性土。透水性较小透水性较小透水性较小透水性较小(10(10-7-7k k10h2时，向上渗流当h1h2时，向下渗流土的渗透变形q渗流力是一种体积力，单位为kN/m3，其大小和水力坡降成正比，方向与渗流方向一致。q渗流力方向与重力方向一致时，渗流力对土骨架起渗流压密作用，对稳定有利q渗流力方向与重力方向相反时，渗流力对土骨架起浮托作用
11、，对稳定不利。当渗流力大到某一数值时，会使该处土体发生浮起和破坏，因此要研究渗流逸出区的渗流力和逸出坡降。渗流力渗流力渗流力渗流力土的渗透变形土的渗透变形土工建筑物及地基由于渗流作用而出现的变形或破坏称为土工建筑物及地基由于渗流作用而出现的变形或破坏称为渗透变形或或渗透破坏。表现形式：表现形式：流土、管涌、接触流土、接触冲刷等。对于单一土。对于单一土层，主要是层，主要是流土流土和和管涌管涌。1 1 1 1、流土、流土、流土、流土q流土指在向上的渗透水流作用下，表层土局部范围内的土指在向上的渗透水流作用下，表层土局部范围内的土体或颗粒同时发生悬浮、移动的现象。体或颗粒同时发生悬浮、移动的现象。(
12、渗流水流将整个土渗流水流将整个土渗流水流将整个土渗流水流将整个土体带走体带走体带走体带走)q流土经常发生流土经常发生在堤坝下游渗流在堤坝下游渗流逸出处无保护的逸出处无保护的情况下。不发生情况下。不发生于土体内部。一于土体内部。一般突发性发生，般突发性发生，对工程危害极大。对工程危害极大。土的渗透变形q管涌管涌 指在渗流作用下土体中的细土粒在粗土粒形成的孔隙通在渗流作用下土体中的细土粒在粗土粒形成的孔隙通道中发生移动并被带出道中发生移动并被带出，最 终导致土体内形成贯通的渗流管道，造成土体坍塌的现象。主要发生在砂砾土中。主要发生在砂砾土中。(土体大颗土体大颗粒之间的小颗粒被冲出粒之间的小颗粒被冲
13、出)2 2 2 2、管涌、管涌、管涌、管涌土的渗透变形q一般粘性土只会发生流土，而不会发生管涌，属于一般粘性土只会发生流土，而不会发生管涌，属于非管涌土非管涌土q无粘性土中粗颗粒构成的孔隙直径大于细颗粒的直无粘性土中粗颗粒构成的孔隙直径大于细颗粒的直径时，才可能让细颗粒在其中移动，这是发生管涌径时，才可能让细颗粒在其中移动，这是发生管涌的的必要条件q管涌特点：既可以发生在土体内部，也可以发生在渗流出口处。既可以发生在土体内部，也可以发生在渗流出口处。它的发展一般有个时间过程，是一种渐进性的破坏。它的发展一般有个时间过程，是一种渐进性的破坏。土的渗透变形渗透变形判别渗透变形判别渗透变形判别渗透变
14、形判别土的渗透变形q流土流土 临界坡降按教材P21公式(147)(149)计算。q管涌 临界坡降按教材P21公式(150)计算。q对于重要工程，土的临界坡降需通过试验确定。q安全系数Fs取值与工程重要性及临界坡降计算公式有关。q对于无粘性土，可能渗透形式按其细粒含量及孔隙率判别。见教材P20公式(1-45)。堤坝渗流控制的主要任务：堤坝渗流控制的主要任务：堤坝渗流控制的主要任务：堤坝渗流控制的主要任务：1 1 1 1、降低渗流水头、降低渗流水头、降低渗流水头、降低渗流水头2 2 2 2、减小渗透坡降，尤其是渗流出口处、减小渗透坡降，尤其是渗流出口处、减小渗透坡降，尤其是渗流出口处、减小渗透坡降
15、，尤其是渗流出口处3 3 3 3、控制渗流量，在允许范围内、控制渗流量，在允许范围内、控制渗流量，在允许范围内、控制渗流量，在允许范围内第一节 堤坝工程渗流控制的主要任务q冲积型地基堤坝工程存在的最主要问题就是渗流问题。详见教材详见教材详见教材详见教材P125-128.P125-128.P125-128.P125-128.注意其中注意其中注意其中注意其中单位储存量单位储存量单位储存量单位储存量和和和和给水度给水度给水度给水度两个概念。两个概念。两个概念。两个概念。第二节 堤坝渗流基本理论q由质量守恒定律推导出渗流运动连续性方程。q将广义达西定律带入连续性方程得到渗流微分方程。q按照水头分布是否
16、是时间的函数，分为稳定渗流微分方程和非稳定渗流微分方程。q定解条件包括初始条件和边界条件；边界条件分为水头边界和流量边界。q由渗流控制方程和边界条件，可以用有限元法进行渗流计算，结合渗流软件可以得到渗流量、渗透坡降、浸润线、等水头线、扬压力等计算结果，为渗流控制提供参考。堤坝渗流控制的途径：堤坝渗流控制的途径：堤坝渗流控制的途径：堤坝渗流控制的途径：1 1 1 1、防渗、防渗、防渗、防渗2 2 2 2、排渗、排渗、排渗、排渗3 3 3 3、压渗、压渗、压渗、压渗4 4 4 4、渗流出口设反滤层、渗流出口设反滤层、渗流出口设反滤层、渗流出口设反滤层第三节 堤坝工程渗流控制的方法途径一、防渗：一、
17、防渗：一、防渗：一、防渗：在坝体、堤身及地基上利用弱透水材料建防渗体，以消杀在坝体、堤身及地基上利用弱透水材料建防渗体，以消杀部分水头，减小部分水头，减小渗透坡降渗透坡降和渗流量。和渗流量。弱透水材料：粘土、水泥土、混凝土、沥青混凝土、防渗土工塑膜等弱透水材料：粘土、水泥土、混凝土、沥青混凝土、防渗土工塑膜等1 1 1 1、垂直防渗：、垂直防渗：、垂直防渗：、垂直防渗：心墙、斜墙、截水槽、灌浆帷幕、心墙、斜墙、截水槽、灌浆帷幕、心墙、斜墙、截水槽、灌浆帷幕、心墙、斜墙、截水槽、灌浆帷幕、(沥青沥青沥青沥青)混凝土防渗墙混凝土防渗墙混凝土防渗墙混凝土防渗墙a.a.a.a.劈裂灌浆劈裂灌浆劈裂灌浆
18、劈裂灌浆(高压喷射灌浆、深层水泥土搅拌高压喷射灌浆、深层水泥土搅拌高压喷射灌浆、深层水泥土搅拌高压喷射灌浆、深层水泥土搅拌)：合理控制灌：合理控制灌：合理控制灌：合理控制灌浆压力浆压力浆压力浆压力b.b.b.b.冲抓套井粘土回填防渗墙：造孔、回填夯实粘土材料；避冲抓套井粘土回填防渗墙：造孔、回填夯实粘土材料；避冲抓套井粘土回填防渗墙：造孔、回填夯实粘土材料；避冲抓套井粘土回填防渗墙：造孔、回填夯实粘土材料；避免孔偏斜、回填土搭接厚度不达标；沙砾石等坝基渗漏、水下免孔偏斜、回填土搭接厚度不达标；沙砾石等坝基渗漏、水下免孔偏斜、回填土搭接厚度不达标；沙砾石等坝基渗漏、水下免孔偏斜、回填土搭接厚度不
19、达标；沙砾石等坝基渗漏、水下施工、雨季施工困难施工、雨季施工困难施工、雨季施工困难施工、雨季施工困难c.c.c.c.垂直铺塑防渗垂直铺塑防渗垂直铺塑防渗垂直铺塑防渗:开槽、泥浆护壁、铺设土工膜、回填开槽、泥浆护壁、铺设土工膜、回填开槽、泥浆护壁、铺设土工膜、回填开槽、泥浆护壁、铺设土工膜、回填第三节 堤坝工程渗流控制的方法途径2 2 2 2、水平防渗、水平防渗、水平防渗、水平防渗 上游地基做粘土铺盖或水平铺塑。不能截断渗流，上游地基做粘土铺盖或水平铺塑。不能截断渗流，上游地基做粘土铺盖或水平铺塑。不能截断渗流，上游地基做粘土铺盖或水平铺塑。不能截断渗流，但可延长渗径，从而减小渗透坡降、渗透量和
20、扬压力。但可延长渗径，从而减小渗透坡降、渗透量和扬压力。但可延长渗径，从而减小渗透坡降、渗透量和扬压力。但可延长渗径，从而减小渗透坡降、渗透量和扬压力。对于堤防工程，仅当临水侧存在滩地，且河势顺直不对于堤防工程，仅当临水侧存在滩地，且河势顺直不对于堤防工程，仅当临水侧存在滩地，且河势顺直不对于堤防工程，仅当临水侧存在滩地，且河势顺直不致引起冲刷或崩岸时，方可做水平铺盖。致引起冲刷或崩岸时，方可做水平铺盖。致引起冲刷或崩岸时，方可做水平铺盖。致引起冲刷或崩岸时，方可做水平铺盖。地基为渗透性很强的沙卵石层时，水平铺盖需与坝后地基为渗透性很强的沙卵石层时，水平铺盖需与坝后地基为渗透性很强的沙卵石层时
21、，水平铺盖需与坝后地基为渗透性很强的沙卵石层时，水平铺盖需与坝后盖重压渗结合，或改为垂直防渗。盖重压渗结合，或改为垂直防渗。盖重压渗结合，或改为垂直防渗。盖重压渗结合，或改为垂直防渗。第三节 堤坝工程渗流控制的方法途径二、排渗：二、排渗：疏导方法，强透水材料设置在堤坝内部与地基疏导方法，强透水材料设置在堤坝内部与地基渗流坡降较大部位，提前释放渗流压力。渗流坡降较大部位，提前释放渗流压力。垂直：稍倾斜的直立式排水、贴坡排水、减压沟、减压井垂直：稍倾斜的直立式排水、贴坡排水、减压沟、减压井水平：坝体内褥垫排水、管式排水、下游坝趾导渗排水水平：坝体内褥垫排水、管式排水、下游坝趾导渗排水排水材料：沙砾
22、石、土工织物排水材料：沙砾石、土工织物第三节 堤坝工程渗流控制的方法途径三、压渗：三、压渗：在堤坝的背水侧滩地，铺填或吹填盖重层。在堤坝的背水侧滩地，铺填或吹填盖重层。材料：透水性强的砂土。材料：透水性强的砂土。剩余水头很大时，盖重压渗与反滤导渗相结合。剩余水头很大时，盖重压渗与反滤导渗相结合。第三节 堤坝工程渗流控制的方法途径一、冲积型堤坝地基结构类型及渗流特点：一、冲积型堤坝地基结构类型及渗流特点：一、冲积型堤坝地基结构类型及渗流特点：一、冲积型堤坝地基结构类型及渗流特点：双层结构：渗流易顶穿覆盖层双层结构：渗流易顶穿覆盖层浅砂层表露：极易发生渗透变形浅砂层表露：极易发生渗透变形多层结构：
23、与双层结构类似，存在越流多层结构：与双层结构类似，存在越流第四节 堤坝工程垂直防渗方案二、防渗墙布设：二、防渗墙布设：二、防渗墙布设：二、防渗墙布设：双层结构：临水侧坡脚布设；全封闭式双层结构：临水侧坡脚布设；全封闭式浅砂层表露：坝顶下方布设浅砂层表露：坝顶下方布设多层结构：临水侧坡脚布设；全封闭式、半封闭式多层结构：临水侧坡脚布设；全封闭式、半封闭式坝体防渗墙：详见教材坝体防渗墙：详见教材P134P134。第四节 堤坝工程垂直防渗方案三、防渗墙合理设计标准：三、防渗墙合理设计标准：1 1、渗透系数：、渗透系数：Kc=(1/10001/10000Kf)Kc=(1/10001/10000Kf)2
24、 2、厚度：、厚度：T THJ；符合结构强度要求；便于施工第四节 堤坝工程垂直防渗方案一、适用条件：一、适用条件：一、适用条件：一、适用条件：P136P136P136P136二、贯入度与井间距合理取值：二、贯入度与井间距合理取值：二、贯入度与井间距合理取值：二、贯入度与井间距合理取值：w/T=1/3-1/2;a=15-20mw/T=1/3-1/2;a=15-20mw/T=1/3-1/2;a=15-20mw/T=1/3-1/2;a=15-20m三、井半径：三、井半径：三、井半径：三、井半径：r r r r越大，效果越好。但不经济。越大，效果越好。但不经济。越大，效果越好。但不经济。越大，效果越好。但不经济。四、弱透水夹层及透镜体地基：详见教材四、弱透水夹层及透镜体地基：详见教材四、弱透水夹层及透镜体地基：详见教材四、弱透水夹层及透镜体地基：详见教材五、存在问题：瘀堵五、存在问题：瘀堵五、存在问题：瘀堵五、存在问题：瘀堵 第五节 堤防减压井布设方案教材教材P140 P140 第六节 实例研究水水 闸闸反滤的布置的位置反滤的布置的位置土工合成材料应用土工膜铺设形式土工膜铺设形式1 1土工膜土工膜 2 2保护层保护层具有截水槽的心墙坝排水反滤设施就是允许水流过但不允许带走土粒的一种按一定颗粒级配要求组成的结构，目前也有直接应用于排水反滤的土工合成材料。