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1、第三章 土的渗透性及渗流3.1 概述3.2 土的渗透性3.3 土中二维渗流及流网3.4 渗透破坏与控制仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水3.1 3.1 概述概述土体中的渗流土体中的渗流土颗粒土颗粒土中水土中水渗流渗流n土是一种碎散的多孔介质，土是一种碎散的多孔介质，其孔隙在空间互相连通。当其孔隙在空间互相连通。当饱和土中的两点存在能量差饱和土中的两点存在能量差时，水就在土的孔隙中从能时，水就在土的孔隙中从能量高的点向能量低的点流动量高的点向能量低的点流动F 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渗流F 土具有被水等液体透过的性质称为土的土具有被水等液体透过的性质称为土的渗
2、透性渗透性仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水透水层透水层不透水层不透水层土石坝坝基坝身渗流土石坝坝基坝身渗流3.1 3.1 概述概述-渗流问题渗流问题防渗体防渗体坝体坝体浸润线浸润线渗流问题：渗流问题：1.渗流量？渗流量？2.渗透破坏？渗透破坏？3.渗透力？渗透力？工程实例工程实例仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水板桩围护下的基坑渗流板桩围护下的基坑渗流3.1 3.1 概述概述-渗流问题渗流问题渗流问题：渗流问题：1.渗流量？渗流量？2.渗透破坏？渗透破坏？3.渗水压力？渗水压力？透水层透水层不透水层不透水层基坑基坑板桩墙板桩墙工程实例工程实例仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水渗流问题：渗流问
3、题：1.渗流量渗流量Q？2.降水深度？降水深度？透水层透水层不透水层不透水层天然水面天然水面水井渗流水井渗流漏斗状潜水面漏斗状潜水面Q3.1 3.1 概述概述-渗流问题渗流问题仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水渗流问题：渗流问题：1.渗流量？渗流量？2.地下水影响地下水影响范围？范围？渠道、河流渗流渠道、河流渗流3.1 3.1 概述概述-渗流问题渗流问题原地下水位原地下水位渗流时地下水位渗流时地下水位仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水3.1 3.1 概述概述-渗流问题渗流问题降雨入渗引起的滑坡降雨入渗引起的滑坡渗流问题：渗流问题：1.渗透力？渗透力？2.入渗过程？入渗过程？事故实例事故实例仁者
4、乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水渗流量渗流量扬压力扬压力渗水压力渗水压力渗透破坏渗透破坏渗流速度渗流速度渗水面位置渗水面位置挡水建筑物挡水建筑物集水建筑物集水建筑物引水结构物引水结构物基础工程基础工程地下工程地下工程边坡工程边坡工程渗透特性变形特性强度特性土的渗透特性土的渗透特性3.1 3.1 概述概述-土渗流特性土渗流特性3.2 土的渗透性一、渗流基本概念二、土的层流渗透定律三、渗透试验及渗透系数仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水n位置势能：位置势能：mgzn压力势能：压力势能：00基准面基准面质量质量m压力压力u流速流速vzn动能：动能：n总能量：总能量：称为总水头，是水流动称为总水头，是水
5、流动的驱动力的驱动力n单位重量水流的能量：单位重量水流的能量：3.23.2土的渗透性土的渗透性-基本概念基本概念水流动的驱动力水流动的驱动力-水头水头仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水渗流中的水头与水力坡降渗流中的水头与水力坡降3.2 3.2 土的渗流性与渗透规律土的渗流性与渗透规律ABL透水层透水层不透水层不透水层基坑基坑板桩墙板桩墙渗流为水体的流动，应满渗流为水体的流动，应满足液体流动的三大基本方足液体流动的三大基本方程：连续性方程、能量方程：连续性方程、能量方程、动量方程程、动量方程仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水3.2 3.2 土的渗流性与渗透规律土的渗流性与渗透规律ABLhAzA基
6、准面基准面n 总水头：总水头：单位重量水体所具有的能量单位重量水体所具有的能量 位置水头位置水头Z Z：水体的位置势能（任选基准面）：水体的位置势能（任选基准面）压力水头压力水头u/w：水体的压力势能（：水体的压力势能（u孔隙水压力）孔隙水压力）流速水头流速水头V2/(2g)：水体的动能（对渗流多处于层流：水体的动能（对渗流多处于层流0）n 渗流的总水头：渗流的总水头：渗流问题的水头渗流问题的水头也称也称测管水头测管水头，是渗流的，是渗流的总驱动能，渗流总是从水总驱动能，渗流总是从水头高处流向水头低处头高处流向水头低处仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水 A A点总水头：点总水头：3.2 3.2
7、 土的渗流性与渗透规律土的渗流性与渗透规律水力坡降水力坡降ABLhAhBzAzBh h基准面基准面水力坡降线水力坡降线 B B点总水头：点总水头：二点总水头差：反映了二点总水头差：反映了两点间水流由于摩阻力两点间水流由于摩阻力造成的能量损失造成的能量损失水力梯度水力梯度i：单位渗流长度上的水头损失：单位渗流长度上的水头损失仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水达西渗透试验达西渗透试验3.2 3.2 土的渗透性土的渗透性-渗透定律渗透定律LAh1h2QQ透水石1856年达西年达西(Darcy)在研究城在研究城市供水问题时进行的渗流试验市供水问题时进行的渗流试验或：或：其中，其中，A是试样的断面积是试
8、样的断面积仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水达西定律达西定律n达达西西定定律律：在在层层流流状状态态的的渗渗流流中中，渗渗透透速速度度v与与水水力力梯梯度度i的一次方成正比，并与土的性质有关的一次方成正比，并与土的性质有关n渗渗透透系系数数k:反反映映土土的的透透水水性性能能的的比比例例系系数数，其其物物理理意意义义为为水力坡降水力坡降i1时的渗流速度，单位：时的渗流速度，单位：cm/s,m/s,m/dayn渗渗透透速速度度v：土土体体试试样样全全断断面面的的平平均均渗渗流流速速度度，也也称称假假想想渗流速度渗流速度其中，其中，V Vs s为实际平均流速，孔隙断面的平均流速为实际平均流速，孔隙
9、断面的平均流速3.2 3.2 土的渗透性土的渗透性-渗透定律渗透定律仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水达西定律的适用范围达西定律的适用范围n 适用条件：层流（线性流动）适用条件：层流（线性流动）岩土工程中的绝大多数渗流岩土工程中的绝大多数渗流问题，包括砂土或一般粘问题，包括砂土或一般粘土，均属层流范围土，均属层流范围在粗粒土孔隙中，水流形态在粗粒土孔隙中，水流形态可能会随流速增大呈紊流可能会随流速增大呈紊流状态，渗流不再服从达西状态，渗流不再服从达西定律。可用雷诺数进行判定律。可用雷诺数进行判断断 ：00.51.01.52.02.5达西定律达西定律适用范围适用范围2.01.51.00.50水水
10、力力坡坡降降流速流速(m/h)砾石砾石粗砂粗砂中砂中砂细砂细砂极细砂极细砂h10dvRe=Re5时层流时层流Re200时紊流时紊流200 Re 5时为过渡区时为过渡区 3.2 3.2 土的渗透性土的渗透性-渗透定律渗透定律仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水达西定律的适用范围达西定律的适用范围3.2 3.2 土的渗透性土的渗透性-渗透定律渗透定律适用范围：砂质土体适用范围：砂质土体(a)(a)细粒土的细粒土的v-iv-i关系关系 (b)(b)粗粒土的粗粒土的v-iv-i关系关系 砂土、一般粘土；砂土、一般粘土；颗粒极细的粘土颗粒极细的粘土仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水渗透系数的测定方法渗透系
11、数的测定方法 常水头试验法常水头试验法变水头试验法变水头试验法 井孔抽水试验井孔抽水试验井孔注水试验井孔注水试验F室内试验方法室内试验方法F野外试验方法野外试验方法3.2 3.2 土的渗透性土的渗透性-实验方法实验方法仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水n是土中孔隙直径大小的主要影是土中孔隙直径大小的主要影响因素响因素n因由粗颗粒形成的大孔隙可被因由粗颗粒形成的大孔隙可被细颗粒充填，故土体孔隙的大细颗粒充填，故土体孔隙的大小一般由细颗粒所控制。因此，小一般由细颗粒所控制。因此，土的渗透系数常用有效粒径土的渗透系数常用有效粒径d10来表示，如哈臣公式：来表示，如哈臣公式：土的性质土的性质 水的性质
12、水的性质粒径大小及级配粒径大小及级配孔隙比孔隙比矿物成分矿物成分结构结构渗透系数的影响因素 3.2 3.2 土的渗透性土的渗透性-渗透系数影响因素渗透系数影响因素仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水n是单位土体中孔隙体积的直接是单位土体中孔隙体积的直接度量度量n对于砂性土，常建立孔隙比对于砂性土，常建立孔隙比e与与渗透系数渗透系数k之间的关系，如：之间的关系，如：渗透系数的影响因素 土的性质土的性质 水的性质水的性质粒径大小及级配粒径大小及级配孔隙比孔隙比矿物成分矿物成分结构结构3.2 3.2 土的渗透性土的渗透性-渗透系数影响因素渗透系数影响因素仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水n对粘性土，影
13、响颗粒的表面力对粘性土，影响颗粒的表面力n不同粘土矿物之间渗透系数相差不同粘土矿物之间渗透系数相差极大，其渗透性大小的次序为高极大，其渗透性大小的次序为高岭石岭石伊里石伊里石蒙脱石蒙脱石；当粘土中；当粘土中含有可交换的钠离子越多时，其含有可交换的钠离子越多时，其渗透性将越低渗透性将越低n塑性指数塑性指数Ip综合反映土的颗粒大综合反映土的颗粒大小和矿物成份，常是渗透系数的小和矿物成份，常是渗透系数的参数参数渗透系数的影响因素 土的性质土的性质 水的性质水的性质粒径大小及级配粒径大小及级配孔隙比孔隙比矿物成分矿物成分结构结构3.2 3.2 土的渗透性土的渗透性-渗透系数影响因素渗透系数影响因素仁者
14、乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水n影响孔隙系统的构成和方向性，影响孔隙系统的构成和方向性，对粘性土影响更大对粘性土影响更大n在宏观构造上，天然沉积层状在宏观构造上，天然沉积层状粘性土层，扁平状粘土颗粒常粘性土层，扁平状粘土颗粒常呈水平排列，常使得呈水平排列，常使得k水平水平k k垂直垂直n在微观结构上，当孔隙比相同在微观结构上，当孔隙比相同时，凝聚结构将比分散结构具时，凝聚结构将比分散结构具有更大的透水性有更大的透水性渗透系数的影响因素 土的性质土的性质 水的性质水的性质粒径大小及级配粒径大小及级配孔隙比孔隙比矿物成分矿物成分结构结构3.2 3.2 土的渗透性土的渗透性-渗透系数影响因素渗透系数
15、影响因素仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水饱和曲线饱和曲线含水量含水量 wWop干容重干容重 d max 1含水量含水量 w渗透系数渗透系数 k絮状结构絮状结构 分散结构分散结构渗透系数的影响因素 土的性质土的性质 水的性质水的性质粒径大小及级配粒径大小及级配孔隙比孔隙比矿物成分矿物成分结构结构3.2 3.2 土的渗透性土的渗透性-渗透系数影响因素渗透系数影响因素仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水渗透系数的影响因素 n水的动力粘滞系数：水的动力粘滞系数：温度温度，水粘滞性，水粘滞性，k n饱和度（含气量）：封闭气饱和度（含气量）：封闭气泡对泡对k影响很大，可减少有效影响很大，可减少有效渗透面积
16、，还可以堵塞孔隙渗透面积，还可以堵塞孔隙的通道的通道 土的性质土的性质 水的性质水的性质粒径大小及级配粒径大小及级配孔隙比孔隙比矿物成分矿物成分结构结构3.2 3.2 土的渗透性土的渗透性-渗透系数影响因素渗透系数影响因素3.4 渗透破坏与控制一、渗流力二、流砂或流土现象三、管涌和潜蚀现象仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水3.4 3.4 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形 渗透力渗透力-试验观察试验观察nh=0 h=0 静水中，土骨静水中，土骨架会受到浮力作用。架会受到浮力作用。nh0 h0 水在流动时，水在流动时，水流受到来自土骨架的水流受到来自土骨架的阻力，同时流动的孔隙阻力，同时流动的孔隙
17、水对土骨架产生渗流作水对土骨架产生渗流作用力。用力。h1hh200hwL土样土样滤网滤网贮水器贮水器a b渗透力渗透力j：渗透作用中，孔隙水对土骨架：渗透作用中，孔隙水对土骨架的作用力，方向与渗流方向一致的作用力，方向与渗流方向一致仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水3.4 3.4 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形 渗透力渗透力-试验观察试验观察h1hh200hwL土样土样滤网滤网贮水器贮水器a b土粒土粒渗渗 流流渗透力渗透力 j j：体积力：体积力渗渗透透力力j j：单单位位土土体体内内土土骨骨架架所受到的渗流作用力所受到的渗流作用力仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水截面积截面积A=13.4
18、 3.4 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形 h200hwL土样土样滤网滤网贮水器贮水器ab渗透力渗透力-受力分析受力分析WW=L satL(+w)P1=whwP2=wh2R=?R+P2=W+P1R+wh2=L(+w)+whwR=Ln 土水整体受力分析土水整体受力分析-静水静水仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水3.4 3.4 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形 渗透力渗透力-受力分析受力分析截面积截面积A=1WW=L satL(+w)P1=whwP2=wh1R=?R+P2=W+P1R+wh1=L(+w)+whwR=L-w hn 土水整体受力分析土水整体受力分析-渗流渗流h1hh200hwL土样土样
19、滤网滤网贮水器贮水器a b仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水3.4 3.4 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形 渗透力渗透力-受力分析受力分析R=L-w hn 土水整体受力分析土水整体受力分析-对比对比h1hh200hwL土样土样滤网滤网贮水器贮水器a b 静水中的土体静水中的土体 渗流中的土体渗流中的土体向上渗流存在时，滤向上渗流存在时，滤网支持力减少网支持力减少R=L减少的部分由谁承担？减少的部分由谁承担？总渗透力：总渗透力：J=J=w w h hF 渗透力渗透力j j：单位土体内土骨架所受到的渗流的作用力单位土体内土骨架所受到的渗流的作用力j=J/V=w h/L=wi仁者乐山仁者乐山 智者
20、乐水智者乐水向上渗流存在时，滤网支持向上渗流存在时，滤网支持力减少。力减少。当滤网支持力为零当滤网支持力为零时的水力坡降称为时的水力坡降称为临界水力临界水力梯度梯度icr，它是土体开始发生，它是土体开始发生流土破坏时的水力梯度：流土破坏时的水力梯度：3.4 3.4 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形 渗透力渗透力-受力分析受力分析渗透力渗透力-受力分析受力分析R=L-w h=0n 临界水力梯度临界水力梯度h1hh200hwL土样土样滤网滤网贮水器贮水器a bicr=h/L=/w由于由于icr取决于土取决于土的物理性质的物理性质仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水=+WW Ww土水土水=土骨架土骨架
21、+孔隙水孔隙水JRJ P1P2P1P2Rn土水隔离受力分析土水隔离受力分析3.4 3.4 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形 渗透力渗透力-受力分析受力分析渗透力渗透力-受力分析受力分析R=L-w h土骨架受力分析：土骨架受力分析：有效重量：有效重量：W=L 总渗透力：总渗透力：J=Lj滤网的反力：滤网的反力：R孔隙水受力分析：孔隙水受力分析：水压力：水压力：P1=whw P2=wh1总渗透力：总渗透力：J=J水重水重+浮力反力：浮力反力：Ww=Vv w+Vs w=L w孔隙水受力平衡孔隙水受力平衡j=wi土骨架受力平衡土骨架受力平衡仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水渗透力的性质渗透力的性质F物
22、理意义：物理意义：单位土体内土骨架所受到的单位土体内土骨架所受到的渗透水流的作用力，它是一种体积力渗透水流的作用力，它是一种体积力F大小：大小：j=j=w wi iF方向：方向：与水力坡降方向一致与水力坡降方向一致F作用对象：作用对象：土骨架土骨架3.4 3.4 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形 仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水3.4 3.4 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形 n土工建筑物及地基由于渗流作用而出现的变形或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渗透破坏。渗透变形是土工破坏称为渗透变形或渗透破坏。渗透变形是土工建筑物发生破坏的常见类型建筑物发生破坏的常见类型
23、n基本类型：基本类型：管涌管涌流土流土接触流土接触流土接触冲刷接触冲刷渗透变形渗透变形单一土层渗透变形单一土层渗透变形的两种基本型式的两种基本型式仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水3.4 3.4 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形 渗透变形渗透变形-流土流土n流土：流土：在在向上向上的渗透作用下，表层局部范围内的土体或颗的渗透作用下，表层局部范围内的土体或颗粒群同时发生悬浮、移动的现象。任何类型的土，只要水粒群同时发生悬浮、移动的现象。任何类型的土，只要水力坡降达到一定的大小，都可发生流土破坏力坡降达到一定的大小，都可发生流土破坏粘性土粘性土k1k2砂性土砂性土k2坝体坝体渗流渗流F 原因：原因
24、：与土的密实度有关与土的密实度有关仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水坝体坝体2.4 2.4 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形 渗透变形渗透变形 管涌管涌F 原因原因内因：有足够多的粗颗粒形成大于细粒直径的孔隙内因：有足够多的粗颗粒形成大于细粒直径的孔隙外因：渗透力足够大外因：渗透力足够大 n在渗流作用下，一定级配的无粘性土中的细小颗粒，通在渗流作用下，一定级配的无粘性土中的细小颗粒，通过较大颗粒所形成的孔隙发生移动，最终在土中形成与过较大颗粒所形成的孔隙发生移动，最终在土中形成与地表贯通的管道地表贯通的管道渗流渗流过程演示过程演示1.在渗透水流作用下，在渗透水流作用下，细颗粒在粗颗粒形成细颗粒
25、在粗颗粒形成的孔隙中移动流失的孔隙中移动流失2.孔隙不断扩大，渗流孔隙不断扩大，渗流速度不断增加，较粗速度不断增加，较粗颗粒也相继被水带走颗粒也相继被水带走3.形成贯穿的渗流通道，形成贯穿的渗流通道，造成土体塌陷造成土体塌陷仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水3.4 3.4 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形 流土与管涌的比较流土与管涌的比较 流土流土土体局部范围的颗粒同时发土体局部范围的颗粒同时发生移动生移动管涌管涌只发生在水流渗出的表层只发生在水流渗出的表层只要渗透力足够大，只要渗透力足够大，可发生在任何土中可发生在任何土中破坏过程短破坏过程短导致下游坡面产生局部滑动等导致下游坡面产生局部滑动
26、等现象现象位置位置土类土类历时历时后果后果土体内细颗粒通过粗粒形成土体内细颗粒通过粗粒形成的孔隙通道移动的孔隙通道移动可发生于土体内部和渗流可发生于土体内部和渗流溢出处溢出处一般发生在特定级配的一般发生在特定级配的无粘性土或分散性粘土无粘性土或分散性粘土破坏过程相对较长破坏过程相对较长导致结构发生塌陷或溃口导致结构发生塌陷或溃口仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水3.4 3.4 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形 Fs:安全系数安全系数1.52.0i:允许坡降允许坡降F i icr:土体发生流土破坏土体发生流土破坏n 工程设计：工程设计：流土可能性的判别流土可能性的判别n在自下而上的渗流逸出处，任
27、何土，包括粘性土和在自下而上的渗流逸出处，任何土，包括粘性土和无粘性土，只要满足渗透坡降大于临界水力坡降这无粘性土，只要满足渗透坡降大于临界水力坡降这一水力条件，均要发生流土：一水力条件，均要发生流土：仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水3.4 3.4 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形 n土是否会发生管涌，取决于土的性质：土是否会发生管涌，取决于土的性质：粘性土（分散性土例外）属于非管粘性土（分散性土例外）属于非管涌土涌土无粘性土中发生管涌必须具备相应无粘性土中发生管涌必须具备相应的的几何条件几何条件和和水力条件水力条件管涌可能性的判别管涌可能性的判别仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水3.4 3
28、.4 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形 较均匀土较均匀土（CuCu 1010）几何条件几何条件 水力条件水力条件n无粘性土管无粘性土管涌的判别涌的判别级配级配孔隙及细粒孔隙及细粒判定判定非管涌土非管涌土粗颗粒形成的粗颗粒形成的孔隙小于细颗粒孔隙小于细颗粒不均不均匀土匀土（Cu10Cu10）不连续不连续连续连续d d0 0=0.25d=0.25d2020细粒含量细粒含量35%35%细粒含量细粒含量25%25%细粒含量细粒含量=25-35%=25-35%d d0 0 d d5 5d d0 0=d=d3 3-d-d5 5管涌土管涌土过渡型土过渡型土非管涌土非管涌土非管涌土非管涌土管涌土管涌土过渡型土
29、过渡型土P(%)lgd骨架骨架充填料充填料F发生管涌的发生管涌的必必要条件要条件：粗颗粒：粗颗粒所构成的孔隙直所构成的孔隙直径大于细颗粒直径大于细颗粒直径径仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水3.4 3.4 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形 几何条件几何条件 水力条件水力条件n无粘性土管无粘性土管涌的判别涌的判别F渗透力能够带渗透力能够带动细颗粒在孔隙动细颗粒在孔隙间滚动或移动。间滚动或移动。可用管涌临界水可用管涌临界水力坡降表示力坡降表示0 5 10 15 20 25 30 35 1.51.00.50icrCu流土流土过渡过渡管涌管涌水力坡降水力坡降级配连续土级配连续土级配不连续土级配不连续土
30、破坏坡降破坏坡降icr0.20-0.400.1-0.3允许坡降允许坡降i0.15-0.250.1-0.2伊斯托敏娜（苏）伊斯托敏娜（苏）中国学者中国学者Cu20时时,icr，考虑安全系数后：考虑安全系数后：仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水透水层透水层不透水层不透水层防渗体防渗体坝体坝体浸润线浸润线渗透变形的防治措施渗透变形的防治措施 F减小减小i i：上游延长渗径：上游延长渗径 下游减小水压下游减小水压F增大增大i：下游增加透水下游增加透水 盖重盖重3.4 3.4 渗透力与渗透变形渗透力与渗透变形 改善几何条件：设反滤层等改善几何条件：设反滤层等 改善水力条件：减小渗透坡降改善水力条件：减小
31、渗透坡降n 防治流土防治流土n防治管涌防治管涌一、渗流力定义：单位体积土颗粒所受到的渗流作用力难点：水柱重力二、流砂或流土现象定义：在向上的渗流力作用下，粒间的有效应力为零时，颗粒群发生悬浮、移动的现象影响因素：渗流力的大小、土的颗粒级配、密度及透水性临界水力梯度流砂的防治原则：（）减小或消除水头差（）增长渗流路径（）透水材料覆压（）土层加固处理三、管涌和潜蚀现象1、定义：2、发生条件：3、防治措施：仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水土坝，高土坝，高90m，长长1000m，1975年建成，年建成，次年次年6月失事月失事渗透破坏：冲蚀渗透破坏：冲蚀 水力劈裂水力劈裂TetonTeton坝坝失事现
32、场现状原因原因土石坝坝基坝身渗流破坏实例土石坝坝基坝身渗流破坏实例仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水失失事事原原因因研研究究结结论论土石坝坝基坝身渗流破坏实例土石坝坝基坝身渗流破坏实例仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水九江大堤决口九江大堤决口1998年年8月月7日日13:10发生管涌险情，很快发生管涌险情，很快形成宽形成宽62m的溃口的溃口堤基管涌堤基管涌焦点词汇：豆腐渣工程焦点词汇：豆腐渣工程原因原因土石坝坝基坝身渗流破坏实例土石坝坝基坝身渗流破坏实例仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水沟后面板砂砾石坝沟后面板砂砾石坝位于青海省，高位于青海省，高7171米，长米，长265265米，建米，建于于
33、19891989年。年。19931993年年8 8月月7 7日突然日突然发生溃坝，是现代发生溃坝，是现代碾压堆石坝垮坝的碾压堆石坝垮坝的先例。先例。溃坝原因：溃坝原因：面板止水失效，下游坝体排水不畅，面板止水失效，下游坝体排水不畅，造成坝坡失稳造成坝坡失稳土石坝坝基坝身渗流破坏实例土石坝坝基坝身渗流破坏实例仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水广州京广广场基坑塌方广州京广广场基坑塌方基坑渗流破坏基坑渗流破坏仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水珠海祖国广场基坑失事珠海祖国广场基坑失事基坑渗流破坏基坑渗流破坏仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水西藏易贡巨型滑坡西藏易贡巨型滑坡F时间：时间：20002000
34、年年4 4月月9 9日约日约2020时时F规模：滑坡体自相对高差近规模：滑坡体自相对高差近3330m3330m的雪峰阳坡滑下，历的雪峰阳坡滑下，历时约时约1010分钟，滑程分钟，滑程8km8km。堆积体长、宽各约。堆积体长、宽各约2500m2500m，平均，平均厚厚60m60m，最厚，最厚100m100m，体积约，体积约2.82.8亿亿-3.0-3.0亿亿m m3 3。F地质：滑坡堆积体地质：滑坡堆积体80%80%以上是砂性土以上是砂性土F险情：堵塞易贡藏布江成堰塞湖，湖水面积险情：堵塞易贡藏布江成堰塞湖，湖水面积22km22km2 2，湖，湖长长17km17km，水位以每天，水位以每天的速度
35、上涨，湖水无下泄通道，预的速度上涨，湖水无下泄通道，预计计6 6月底湖水将上涨至堆积体顶，拦存湖水将达月底湖水将上涨至堆积体顶，拦存湖水将达4040亿亿-60-60亿亿m m3 3 降雨入渗引起的滑坡降雨入渗引起的滑坡仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水西藏易贡巨型高速滑坡西藏易贡巨型高速滑坡降雨入渗引起的滑坡降雨入渗引起的滑坡仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水西藏易贡巨型高速滑坡西藏易贡巨型高速滑坡降雨入渗引起的滑坡降雨入渗引起的滑坡仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水湖水每天上涨50cm！易贡巨型滑坡现场易贡巨型滑坡现场降雨入渗引起的滑坡降雨入渗引起的滑坡仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水n预
36、案一：加强监测，上、下游移民工作，库预案一：加强监测，上、下游移民工作，库满自溢漫顶溃口满自溢漫顶溃口n预案二：在堆积体最低处开渠引流，水库溢预案二：在堆积体最低处开渠引流，水库溢流漫顶溃口。流漫顶溃口。n预案三：在右岸山体垭口开溢洪道，改造堆预案三：在右岸山体垭口开溢洪道，改造堆积体成坝，积体成坝，堰塞湖成库堰塞湖成库易贡滑坡处理预案易贡滑坡处理预案最终采用预案二最终采用预案二降雨入渗引起的滑坡降雨入渗引起的滑坡仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水n武警部队等武警部队等700多名抢险人员，奋战多名抢险人员，奋战33天，累天，累计开挖土石方计开挖土石方135.5万万m3，有效降低了堆积体，有效降
37、低了堆积体过水高程过水高程24.1m，减少拦存湖水约，减少拦存湖水约20亿亿m3n施工队伍施工队伍6月月4日撤离；日撤离；6月月8日日6时时40分，泄水分，泄水渠过水，至渠过水，至11日日2时时50分堆积体溃决；分堆积体溃决；11日日21时，滑坡体拦存的湖水按预定方案完全下泄时，滑坡体拦存的湖水按预定方案完全下泄n泄洪时易贡湖库容量已达泄洪时易贡湖库容量已达30多亿立方米多亿立方米 易贡滑坡处理结果易贡滑坡处理结果降雨入渗引起的滑坡降雨入渗引起的滑坡仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水室内试验方法室内试验方法-常水头试验法常水头试验法n 试验条件试验条件:h，A，L=constn量测变量量测变量
38、:体积体积V，tn 适用土类：透水性较大的砂性土适用土类：透水性较大的砂性土2.2 2.2 土的渗流性与渗透规律土的渗流性与渗透规律i=h/LV=Qt=vAtv=kihL土样土样AVQ仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水室内试验方法室内试验方法-变水头试验法变水头试验法n 试验条件试验条件:h变变化化A，a，L=constn量测变量量测变量:h，tn 适用土类：透水性较小适用土类：透水性较小 的粘性土的粘性土2.2 2.2 土的渗流性与渗透规律土的渗流性与渗透规律土样土样At=t1h1t=t2h2LQ水头水头测管测管开关开关a仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水土样土样At=t1t=t2h1h2L
39、Q水头水头测管测管开关开关在在tt+dt时段内：时段内：入流量入流量：dVe=-adh 出流量：出流量：dVo=kiAdt=k(h/L)Adt 连续性条件：连续性条件：dVe=dVo-adh=k(h/L)Adthdhtt+dt2.2 2.2 土的渗流性与渗透规律土的渗流性与渗透规律室内试验方法室内试验方法-变水头试验法变水头试验法选择几组量测结果选择几组量测结果，计算相应的，计算相应的k，取平均值，取平均值仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水室内试验方法室内试验方法小结小结2.2 2.2 土的渗流性与渗透规律土的渗流性与渗透规律常水头试验常水头试验变水头试验变水头试验条件条件已知已知测定测定公式
40、公式取值取值h=consth变化变化h，A，LV，t重复试验后，取均值重复试验后，取均值a，A，Lh，t不同时段试验，取均值不同时段试验，取均值适用适用粗粒土粗粒土粘性土粘性土仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水2.2 2.2 土的渗流性与渗透规律土的渗流性与渗透规律现场测定法抽水试验现场测定法抽水试验抽水量抽水量Q Qr1r2h1h2井井不透水层不透水层n 试验条件试验条件:Q=constn量测变量量测变量:r=r1，h1=？r=r2，h2=？优点：可获得现场较为可靠的平均渗透系数优点：可获得现场较为可靠的平均渗透系数缺点：费用较高，耗时较长缺点：费用较高，耗时较长观察井观察井仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水2.2 2.2 土的渗流性与渗透规律土的渗流性与渗透规律A=2 rhi=dh/drn 计算公式：计算公式：r抽水量抽水量Q Qr1r2h1h2井井不透水层不透水层dhdrh地下水位地下水位测压管水面测压管水面现场测定法抽水试验现场测定法抽水试验