渗透变形预测与防治

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1、渗透变形与预测防治课程结构一、知识回顾一、知识回顾1.渗透变形概念渗透变形概念2.发生的充分条件发生的充分条件3.类型类型二、预测方法二、预测方法1.土体的类型和性质土体的类型和性质2.比较比较I I实与实与I I允大小允大小三、防治方法三、防治方法1.建筑物基坑及地下巷建筑物基坑及地下巷道施工时流沙的防治道施工时流沙的防治措施措施2.汲水井防治管涌的措汲水井防治管涌的措施施3.土石坝防治渗透变形土石坝防治渗透变形的措施的措施知识回顾知识回顾渗透变形渗透变形概念概念发生的充发生的充分条件分条件渗透变形渗透变形类型类型2.渗透变形发生的充分条件 渗透变形主要是指整块或其颗粒发生移动, 或其颗粒面

2、成分发生改变的作用和现象, 从而会引起岩土体出现空洞, 发生地面塌陷和裂缝, 或在水流出口处出现涌泉、涌砂现象, 形成渗透堆积 。1.渗透变形概念一、知识回顾渗透压力大于土的抗渗强度3.常见类型 3.1管涌 在渗流作用下单个土颗粒发生独立移动的现象，叫管涌(piping)或潜蚀管涌较普遍地发生在不均匀的砂层或砂卵(砾)石层中，细粒物质从粗粒骨架孔隙中被渗流携走，使土体的孔隙和孔隙度都增大，强度降低，发展下去，会使土体呈现“架空结构”，甚至导致地面塌陷。一、知识回顾 3.2流土（硫沙） 在渗流作用下一定体积的土体同时发生移动的现象，叫流土(quicksoil)或硫砂(quick sand)。 流

3、土一般发生在均质砂土层和亚砂土层中。它可使土体完全丧失强度，而危及建筑物的安全，因此危害性较管涌大。一、知识回顾3.常见类型渗透预测渗透预测方法方法土体的类型和土体的类型和性质性质比较比较I I实与实与I I允允大小大小粗细颗粒直径比例细颗粒的含量土的级配特征实际水力坡度I实测量允许水力梯度I允测量渗透变形可能性判定示踪法1.土体性质与渗透变形类型 土体结构包括了土中粗细颗粒直径比例、细粒物质含量、土的级配等。 1.1 粗细颗粒直径比例 细粒从空隙中流动最优比例：d0/d = 8 天然无粘性土 n=0.395 D/ d0 =2.5 D/d = 20 有利于管涌 d0 ：孔隙直径 d：细颗粒直径

4、 D：粗颗粒直径 土体的排列方式决定着D / d0 的值： 当排列疏松时， D / d0 减小， D/d 减小，有利于渗透变形 当排列密实时， D / d0 增大， D/d 增大，不利于渗透变形 二、渗透预测方法 1.2 细颗粒的含量 用细颗粒含量来判别双峰型砾土的渗透变形型式： 35% 流土 35% Cu20 管涌 Cu1020 流土或管涌1.土体性质与渗透变形类型二、渗透预测方法实际水力坡度测量常用方法有： 计算及图解 模型模拟法 数值计算法2.1实际水力坡度I实测量二、渗透预测方法的测压水位为上、下游坝脚处下层、式中：水平逸平43432121121222HHbHHITTKKbTHHI（1

5、）理论计算法：2.比较I实与I允大小2.1实际水力坡度I实测量（2）图解法（流网绘制）SHIH二、渗透预测方法2.比较I实与I允大小两等水头线间的水头损失，即水头差S网格平均长度允许水力梯度： m与地质条件和工程重要性有关： 砂土：m1.53.0 粘性土：m2.54.0m1mmIIcr允2.2允许水力梯度I允测量二、渗透预测方法2.比较I实与I允大小（1）图表法2.2允许水力梯度I允测量二、渗透预测方法2.比较I实与I允大小 （2）渗流仪试验法 采用变水头试验方法，将水头逐级抬高；在每一水头下都维持稳定30min，甚至发生渗透破坏时，再逐级下降水头至渗透破坏停止。重复数次，最后将最低开始发生破

6、坏的水头作为临界水头，据此计算临界水力梯度。室内渗透仪中渗透变形试验装置图 1试样；2碎石缓冲层；3进水管开关；4胶皮管；5观测水头玻璃管；6水源箱；7筛网 8渗透筒 2.2允许水力梯度I允测量二、渗透预测方法2.比较I实与I允大小 （3）水槽渗透变形试验 以多次渗透破坏而使土样完全破坏时的水头g作为临界水头。（即e点值）图6.18 室内木槽渗透变形试验1砂样；2水箱：a f砂样随水头变化反复管涌直至完全破坏；g临界水头 2.2允许水力梯度I允测量二、渗透预测方法2.比较I实与I允大小图6.19 封闭堤坝式现场渗透变形试验装置图(单位cm) 上为平面图，下为剖面图 （4）堤坝式 如砂层厚度不大

7、，可采用封闭堤坝式，即用嵌入隔水层的粘土截水墙，将试验段砂层全部封闭起来（图6.19）。如砂层很厚，则只能采用半封闭堤坝式。2.2允许水力梯度I允测量二、渗透预测方法2.比较I实与I允大小发生渗透变形 发生渗透变形 不允实允实IIII2.3渗透变形可能性判定二、渗透预测方法2.比较I实与I允大小二、渗透预测方法3.示踪法防治方法施工时流沙的防治汲水井防治管涌的措施土石坝防治渗透变形人工降低潜水位板桩防护墙盾构法沉井式支护掘进管涌图解反滤层反滤层分类反滤层要求反滤层设计反滤层构造基本介绍土石坝分类土石坝构造土石坝的渗流分析防治措施防治工艺 人工降低地下水位的方法有轻型井点、喷射井点、电渗井点、管

8、井井点及深井泵井点等。 轻型井点 就是沿基坑四周将许多直径较小的井点管买入蓄水层内，井点管上部与总管连接，通过总管利用抽水设备将地下水从井点管内不断抽出，使原有的地下水位降至坑底以下。此种方法适用于土壤的渗透系数K=0.150m/d的土层中 喷射井点 当基坑开挖较深，采用多级轻型井点不经济时，宜采用喷射井点，其降水深度可达820m。喷射井点设备由喷射井管、高压水泵及进水、排水管路组成。喷射井管由内管和外管组成，在内管下端装有喷射扬水器与滤管相连，当高压水经内外管之间的环形空间由喷嘴喷出时，地下水即被吸入而压出地面。1.1人工降低潜水位三、渗透防治方法1.流沙的防治 电渗井点电渗井点 电渗井点适

9、用于土壤渗透系数小于0.1m/d，用一般井点不可能降低地下水位的含水层中，尤其宜用于淤泥排水。电渗井点自排水的原理，以井点管作负极，以打入的钢筋或钢管作正极，当通以直流电后，土颗粒即负极向正极移动，水则自正极向负极移动而被集中排出。土颗粒的移动称电泳现象，水的移动称电渗现象，故称电渗井点。 管井井点管井井点 就是沿基坑每隔2050m距离设置一个井管，每个井管单独用一台水泵不断抽水来降低地下水位。此法适用用于土壤的渗透系数大（K=20200m/d），地下水量的土层中。如要求降水深度较大，在管井井点内采用一般离心泵或潜水泵不能满足要求时，可采用特制的深井泵。 1.2板桩防护墙三、渗透防治方法1.流

10、沙的防治 板桩墙是用于抵抗侧向土压力的直立板条状构件形成的挡土结构物。其形状长而扁，可用于低边坡、基坑等的防护。一般采用强夯的办法打入。（1）板桩防护墙概念 钢板桩施工快，可回收，操作方便，成本低。 缺点是支护深度不是很大。1.2板桩防护墙三、渗透防治方法1.流沙的防治（2）钢板桩 钢筋混凝土板桩具有施工简单、现场作业周期短等特点,曾在基坑中广泛应用,但由于钢筋混凝土板桩的施打一般采用锤击方法,振动与噪音大,同时沉桩过程中挤土也较为严重,在城市工程中受到一定限制1.2板桩防护墙三、渗透防治方法1.流沙的防治（3）钢筋混凝土板桩 水泥土搅拌桩可适用于一般基坑支护和止水，施工教方便，成本较低，缺点

11、是强度不是特别大。 混凝土桩优点强度大，可支护深度大，承载力强，支护效果好。缺点是成本高，施工复杂。 图钉墙施工快捷，成本较低。缺点是需要先开挖再施工，且需要放坡。1.2板桩防护墙三、渗透防治方法1.流沙的防治（4）其他类型桩 盾构法(Shield Method)是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法，它是将盾构机械在地中推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌，同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。1.3盾构法三、渗透防治方法1.流沙的防治（1）概念 第一，在置放盾构机的地