土力學(xué)與地基基礎(chǔ)學(xué)習(xí)

土力學(xué)與地基基礎(chǔ)學(xué)習(xí)課件第一頁(yè)，共十九頁(yè)，編輯于2023年，星期二

水在巖土體孔隙中的流動(dòng)過(guò)程稱為滲透。巖土體具有滲透的性質(zhì)稱為巖土體的滲透性。

2.1概述第2章巖體的滲透特性

由水的滲透引起巖土體邊坡失穩(wěn)、邊坡變形、地基變形、巖溶滲透塌陷等均屬于巖土體的滲透穩(wěn)定問(wèn)題。水在孔隙介質(zhì)中的滲透問(wèn)題，目前的研究在試驗(yàn)及理論上都有一定的水平，在解決實(shí)際問(wèn)題方面也能夠較好地反映土在孔隙介質(zhì)中的滲流的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

第二頁(yè)，共十九頁(yè)，編輯于2023年，星期二在一定的水力梯度或壓力作用下，巖石能被水透過(guò)的性質(zhì)，稱為透水性。對(duì)孔隙介質(zhì)巖體，一般認(rèn)為，水在巖石中的流動(dòng)，如同水在土中流動(dòng)一樣，也服從于線性滲流規(guī)律——達(dá)西定律；滲透系數(shù)是表征巖石透水性的重要指標(biāo)，其大小取決于巖石中空隙、裂隙的數(shù)量、規(guī)模及連通情況等，并可在室內(nèi)根據(jù)達(dá)西定律測(cè)定。巖石的滲透性一般都很小，遠(yuǎn)小于相應(yīng)巖體的透水性，新鮮致密巖石的滲透系數(shù)一般均小于10-7cm/s量級(jí)。同一種巖石，有裂隙發(fā)育時(shí)，滲透系數(shù)急劇增大，一般比新鮮巖石大4～6個(gè)數(shù)量級(jí)，甚至更大，說(shuō)明空隙性對(duì)巖石透水性的影響是很大的

巖石的透水性：2.2巖土體的滲透性第三頁(yè)，共十九頁(yè)，編輯于2023年，星期二巖體的滲透性是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，根據(jù)目前的研究，巖體的滲流大體可劃分為準(zhǔn)均勻介質(zhì)滲流、裂隙性介質(zhì)滲流和巖溶性介質(zhì)滲流三種。(1)準(zhǔn)均勻介質(zhì)滲流：屬于這一類(lèi)型的有全、強(qiáng)風(fēng)化帶及弱風(fēng)化帶的中上部的多孔隙砂巖。在該滲流場(chǎng)中，達(dá)西定律基本上適用；(2)

裂隙性介質(zhì)滲流：裂隙性介質(zhì)滲流是巖體滲流的基本形式，水的滲流主要受裂隙的類(lèi)型、裂隙的大小、裂隙的產(chǎn)狀及裂隙充填情況所控制。巖體的滲透性：2.2巖土體的滲透性第四頁(yè)，共十九頁(yè)，編輯于2023年，星期二(3)巖溶介質(zhì)滲流：巖溶介質(zhì)滲流是巖體滲流最復(fù)雜的一種形式，由于受巖溶的發(fā)育規(guī)律所控制，巖溶的滲流具有間歇性、隱伏性、封閉性和地下水系等特點(diǎn)。巖溶介質(zhì)滲流的復(fù)雜性主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：①多循環(huán)系統(tǒng)共存這是巖溶介質(zhì)滲流最突出的特點(diǎn)之一。如一個(gè)泉眼可能是一個(gè)循環(huán)系統(tǒng)的排泄點(diǎn)，也可能是幾個(gè)循環(huán)系統(tǒng)的排泄點(diǎn)。同時(shí)，單個(gè)系統(tǒng)在空間上可以相互交叉。②裂隙性滲流與管道型滲流共存。③多種滲流特征參數(shù)共存。

巖體的滲透性：2.2巖土體的滲透性第五頁(yè)，共十九頁(yè)，編輯于2023年，星期二《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB50287-99）規(guī)定，巖土滲透性可按表2－3分級(jí)。

巖土滲透性分級(jí)：2.2巖土體的滲透性

滲透性等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

巖體特征

土類(lèi)滲透系數(shù)k（cm/s）透水率q（Lu）極微透水K<10-6q<0.1完整巖石，含等價(jià)開(kāi)度<0.025mm裂隙的巖體粘土微透水10-6≤K<10-50.1≤q<1含等價(jià)開(kāi)度0.025～0.05mm裂隙的巖體粘土－粉土弱透水10-5≤K<10-41≤q<10含等價(jià)開(kāi)度0.05～0.01mm裂隙的巖體粉土－細(xì)粒土質(zhì)砂中等透水10-4≤K<10-210≤q<100含等價(jià)開(kāi)度0.01～0.5mm裂隙的巖體砂―砂礫強(qiáng)透水10-2≤K<100q≤100含等價(jià)開(kāi)度0.5～2.5mm裂隙的巖體砂礫－礫石、卵石極強(qiáng)透水K≤10-5q≤100含連通孔洞或等價(jià)開(kāi)度>2.5mm裂隙的巖體粒徑均勻的巨礫第六頁(yè)，共十九頁(yè)，編輯于2023年，星期二壩基下的滲透水流，使巖土體中的某些顆粒移動(dòng)或顆粒成分、結(jié)構(gòu)發(fā)生改變的現(xiàn)象稱為滲透變形或滲透破壞。滲透變形對(duì)土石壩穩(wěn)定影響極大，據(jù)美國(guó)發(fā)表的資料，在破壞的土石壩中，有40％是由于壩基或壩體土的滲透變形所造成。我國(guó)對(duì)有問(wèn)題的土石壩的調(diào)查發(fā)現(xiàn)其中由滲透變形所引起者竟達(dá)60％。四川陳倉(cāng)水庫(kù)條石拱壩的實(shí)事便是一例。該壩由于清基不徹底，在三號(hào)拱基下發(fā)生滲透變形，不僅把紅色風(fēng)化泥巖裂隙中的粘土沖蝕，而且把泥巖也沖蝕了7m深，連同被沖蝕的壩身成為一個(gè)高13m，寬8m的沖蝕洞。壩基滲透變形的主要類(lèi)型是管涌和流土。

壩基下的滲透：2.3壩基滲透穩(wěn)定性分析第七頁(yè)，共十九頁(yè)，編輯于2023年，星期二在工程地質(zhì)勘測(cè)的基礎(chǔ)上壩基滲透穩(wěn)定性的分析步驟如下：（1）在宏觀第四紀(jì)地層結(jié)構(gòu)分析或軟弱夾層研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)行壩基滲透變形特征的分段。（2）根據(jù)巖性和顆粒分析以及物理分析試驗(yàn)資料，對(duì)各地段進(jìn)行滲透變形類(lèi)型的預(yù)測(cè)。（3）確定壩基各點(diǎn)的實(shí)際水力坡降。確定方法有理論計(jì)算法、流網(wǎng)法、水電比擬法和觀察法等。初步判定可用計(jì)算法。

雙層結(jié)構(gòu)且透水層厚度穩(wěn)定，壩下溢出平均水力坡度為：2.3壩基滲透穩(wěn)定性分析第八頁(yè)，共十九頁(yè)，編輯于2023年，星期二（4）確定臨界水力坡降。確定臨界水力坡降有計(jì)算法、試驗(yàn)法和經(jīng)驗(yàn)數(shù)值法。①計(jì)算法，臨界水力坡降可用式（2-7）計(jì)算。②試驗(yàn)法

確定臨界水力坡降的試驗(yàn)法有室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。室內(nèi)試驗(yàn)多在透明的有機(jī)玻璃滲透儀或水槽中進(jìn)行（圖2-8和圖2-9）。

2.3壩基滲透穩(wěn)定性分析第九頁(yè)，共十九頁(yè)，編輯于2023年，星期二現(xiàn)場(chǎng)滲透變形試驗(yàn)對(duì)于砂礫石土類(lèi)有堤壩式、圍堰式、現(xiàn)場(chǎng)試件式等，以堤壩式較好。

2.3壩基滲透穩(wěn)定性分析如壩基下不深處有粘土隔水層，則可使隔水墻嵌入粘土層，將試驗(yàn)砂礫層全部封閉起來(lái)（圖2-10）。如粘土層很深，可用半封閉或不封閉堤壩式（隔水墻深為設(shè)計(jì)水頭的1/2）。試驗(yàn)壩的底寬和長(zhǎng)度分別為設(shè)計(jì)壩的1/100和1/200。

第十頁(yè)，共十九頁(yè)，編輯于2023年，星期二軟弱夾層滲透變形現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)有輻射流法和平行流法。前者是用一個(gè)主壓水孔，產(chǎn)生輻射滲透，在四周打孔，挖坑觀測(cè)；后者是打一排孔聯(lián)合壓水，使試驗(yàn)地段的中心地帶，產(chǎn)生近于平行流滲透，后一種方法與壩基實(shí)際滲流狀態(tài)接近，具體布置如圖2-11。

2.3壩基滲透穩(wěn)定性分析圖2-11軟弱夾層現(xiàn)場(chǎng)滲透變形試驗(yàn)布置圖第十一頁(yè)，共十九頁(yè)，編輯于2023年，星期二現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)也是逐級(jí)升壓，逐級(jí)穩(wěn)定，并經(jīng)歷試驗(yàn)與逐級(jí)減壓兩個(gè)階段。一般在每級(jí)壓力下要穩(wěn)定2～3h，所以試驗(yàn)歷時(shí)較長(zhǎng)。試驗(yàn)結(jié)束，繪制流量與壓力關(guān)系曲線或1gI~1gv關(guān)系曲線，以曲線轉(zhuǎn)折點(diǎn)求出I。（圖2-12）

2.3壩基滲透穩(wěn)定性分析第十二頁(yè)，共十九頁(yè)，編輯于2023年，星期二控制壩基及地基的滲流，其主要任務(wù)可歸結(jié)為三點(diǎn)：一是盡量減少滲漏量；二是提早釋放滲透壓力，保證地基與水工建筑物有足夠的靜力穩(wěn)定性；三是防止?jié)B透破壞，保證滲透穩(wěn)定性。滲透變形的防治措施可分為滲流水動(dòng)力條件改變、滲流出口保護(hù)和土石性質(zhì)改善等三個(gè)方面。

2.4滲透變形的防治措施第十三頁(yè)，共十九頁(yè)，編輯于2023年，星期二這種防治措施主要采用人工降低地下水位的方法，使地下水位或水頭低于基坑底板。其目的是在防治流砂的同時(shí)，又防止了地下水涌入基坑。也可采用板樁防護(hù)墻施工。水平坑道、豎井開(kāi)挖遇流砂時(shí)，前者可采用盾構(gòu)法施工，后者采用沉井式支護(hù)掘井。目前工程中也可采用凍結(jié)法或電動(dòng)硅化法改善砂土性質(zhì)，使施工順利進(jìn)行。

1)建筑物深挖基坑及地下巷道施工時(shí)流砂破壞的防治2.4滲透變形的防治措施第十四頁(yè)，共十九頁(yè)，編輯于2023年，星期二通過(guò)在過(guò)濾管與井壁間充填反濾料，以保護(hù)滲流出口。反濾料的粒徑選擇必須考慮到被保護(hù)的含水層中潛蝕顆粒的大小，以細(xì)顆粒不能穿過(guò)反濾料孔隙為原則。

2)抽水井防止管涌的措施2.4滲透變形的防治措施第十五頁(yè)，共十九頁(yè)，編輯于2023年，星期二壩基有巖基和非巖基兩大類(lèi)，非巖基也稱為松散地基。對(duì)松散地基的滲流通常采用垂直和水平兩種控制手段，具體措施有：①設(shè)置截水槽；②澆筑混凝土防滲墻或灌漿帷幕；③鋪筑上游水平防滲鋪蓋。土石壩基的滲流控制主要是防滲和保證滲透穩(wěn)定，如我國(guó)黃河小浪底工程高154m的土石壩及三峽工程二期圍堰堰體等均采用防滲墻和防滲帷幕灌漿結(jié)合防止壩基滲流。

3)土石壩壩基滲流控制措施2.4滲透變形的防治措施第十六頁(yè)，共十九頁(yè)，編輯于2023年，星期二(1)防滲帷幕

在大壩靠上游面的地基中，平行壩鈾線打一排或幾排鉆孔，在高壓下將水泥等漿液壓入基巖的裂隙或斷層破碎帶中，待凝固后就形成一道隔水的屏幕，稱為防滲帷幕。帷幕的深度、厚度、灌漿孔距、排距、灌漿壓等參數(shù)，應(yīng)根據(jù)水文地質(zhì)工程地質(zhì)條件、建筑物規(guī)模及其防滲要求綜合考慮，最好由現(xiàn)場(chǎng)灌漿試驗(yàn)確定。

3)土石壩壩基滲流控制措施2.4滲透變形的防治措施圖2-13砂礫石壩基防滲處理示意圖

第十七頁(yè)，共十九頁(yè)，編輯于2023年，星期二(2)防滲墻和鋪蓋

當(dāng)砂礫石透水層不厚時(shí)，可挖出梯形糟回填粘土成為截水槽。當(dāng)透水層厚時(shí)可用板樁、混凝土連鎖管柱和混凝土防滲墻等垂直防滲措施截?cái)嗤杆畬?。用大直徑鉆孔造圓孔或槽孔，然后回填混凝土與不透水層相接，各孔相互搭接成為連續(xù)的橫河防滲墻，效果較好(圖2-14)。當(dāng)透水層很厚時(shí)，則宜在壩上游采用粘土鋪蓋。

3)土石壩壩基滲流控制措施2.4滲透變形的防治措施圖2-14基巖壩基排水系統(tǒng)示意圖

第十八頁(yè)，共十九頁(yè)，編輯于2023年，星期二（3）壩基排水