壩基滲透變形可進(jìn)—步掌握實際水力梯度、臨界水力梯度和允許水力梯度的概念。

簡介

臨界水力梯度和允許水力梯度

優(yōu)點

抗?jié)B能力較高，不產(chǎn)生滲透破壞

詞性

名詞

正文

壩的地基在長期滲流作用下，土體顆粒流失，導(dǎo)致地基變形甚至破壞的現(xiàn)象。水工建筑物地基的滲透變形，主要發(fā)生在砂礫石層和膠結(jié)不良的斷層破碎帶中。工程實踐表明，地基滲透變形可使巖土體孔隙增大，承載力降低，甚至出現(xiàn)管道空洞，導(dǎo)致地基失穩(wěn)，在閘、壩、堤防事故中占有很大比例。因此，研究壩基巖土體滲透變形及其防治措施，是關(guān)系到水利工程安全運行的關(guān)鍵問題之一。

滲透變形形式?

　一般有管涌、流土、接觸沖刷，其中以管涌和流土最為常見。它們與巖土體結(jié)構(gòu)、顆粒級配和水力條件等因素有關(guān)。

管涌?　滲流將土體中細(xì)顆粒帶走的現(xiàn)象，又稱潛蝕。在砂礫石層中，特別在缺乏中間粒徑的砂礫石層中最易發(fā)生。在未膠結(jié)的斷層破碎帶中也可見到管涌。當(dāng)巖層的膠結(jié)物為易溶的巖鹽和石膏時，在滲流作用下，膠結(jié)物被溶解帶走，又稱化學(xué)管涌。根據(jù)管涌隨時間發(fā)展的不同情況，可分為發(fā)展性管涌和非發(fā)展性管涌。前者是指在一定滲透流速下，管涌隨時間連續(xù)發(fā)展，最終引起土體破壞；后者是指在某一滲透流速下，發(fā)生管涌，有細(xì)粒移動和帶出，但其帶出量不大，也不隨時間而增加，經(jīng)一段時間后細(xì)顆粒甚至停止跳動和帶出，滲透系數(shù)并不增大，土體仍不失去抗?jié)B強(qiáng)度。

流土?　滲流動水壓力使土體表層顆粒呈現(xiàn)浮動的現(xiàn)象。壩基往往由于排水失效，致使下游邊坡逸出部位的動水壓力大于土體自重，而導(dǎo)致流土發(fā)生。流土一般多發(fā)生在表層為弱透水層，下部為強(qiáng)透水的砂礫石層組成的雙層地質(zhì)結(jié)構(gòu)中。

接觸沖刷?　當(dāng)滲流沿著粗細(xì)兩種土層接觸面或建筑物與地基的接觸面流動時，沿接觸面帶走細(xì)顆粒的現(xiàn)象，稱接觸沖刷。對多層地質(zhì)結(jié)構(gòu)的土體，各層的滲透系數(shù)相差懸殊時，垂直層面滲流將滲透系數(shù)小的土層中的細(xì)粒帶到滲透系數(shù)大的土層中的現(xiàn)象，又稱接觸流失。

滲透變形形式判別?

　砂礫石地基上的水工建筑物滲透變形的發(fā)生及其形式的判斷，在很大程度上取決于地基砂礫石的級配特征。20世紀(jì)50～60年代，砂礫石層滲透變形形式的判斷，多以不均勻系數(shù)Cu)=d60/d10（d60、d10為土粒粒徑，小于該粒徑的顆粒重量分別占總重量的60%和10％）為依據(jù),Cu)小于10的土滲透變形形式為流土;Cu)大于20的土為管涌土。60年代后，通過大量工程實踐，發(fā)現(xiàn)級配不連續(xù)的土，盡管不均勻系數(shù)大于20，如果細(xì)粒含量大于35％,其滲透變形形式仍然是流土。因此，對于級配不連續(xù)的土，提出以細(xì)粒含量作為判別滲透變形形式的標(biāo)準(zhǔn)(表1)。區(qū)分粗細(xì)粒徑的方法是：對級配不連續(xù)的土，以顆粒組成曲線中缺乏的粒徑組或含量不足3％的粒徑組，為粗細(xì)料的區(qū)分粒徑；對級配連續(xù)的土，方法較多，一般為了簡便，有的以1.0mm也有的以2.0mm作為區(qū)分粒徑。雙層地基的滲透變形形式主要為接觸沖刷。一般認(rèn)為相鄰兩層土體的d10比值小于或等于10，且兩層土的不均勻系數(shù)均小于或等于10時，將不致產(chǎn)生接觸沖刷。反之，則應(yīng)考慮接觸沖刷問題。凡兩層土體之間的滲透系數(shù)比值等于或小于10，或者兩層土體的d20比值小于或等于3時，可按單層土體結(jié)構(gòu)來考慮（d20為土粒粒徑，小于該粒徑的土重占總土重的20％）。

壩基滲透變形

滲透破壞

標(biāo)準(zhǔn)?

　閘、壩、堤防巖土體地基在滲流作用下，能否產(chǎn)生滲透破壞，主要取決于土體本身的抗?jié)B強(qiáng)度，具體以臨界比降作為判定標(biāo)準(zhǔn)。臨界比降是巖土體中的細(xì)粒隨著滲流的加劇，由靜止轉(zhuǎn)化為運動狀態(tài)的比降。當(dāng)?shù)鼗臐B流比降大于土體的臨界比降時，則產(chǎn)生滲透破壞。壩下滲流在各部位的流動方向和滲流比降的大小都不相同，對壩基穩(wěn)定的影響也隨位置不同而異，下游壩坡坡腳滲流出口處，動水壓力方向由下向上，最易發(fā)生滲透破壞。巖土體臨界比降值的確定，主要有兩種方法：試驗法和計算法。①試驗法：包括室內(nèi)和現(xiàn)場試驗。對重要的大型水利工程，可直接進(jìn)行現(xiàn)場試驗，根據(jù)試體的埋藏情況，可在試坑、鉆孔和平洞中進(jìn)行。記錄各級水頭下的水位、流量和試體的變形情況，繪制比降與流量的關(guān)系曲線，確定臨界比降值。②計算法：應(yīng)視滲透變形形式、滲流方向、顆粒級配特征和地層結(jié)構(gòu)類型，選擇相應(yīng)的公式進(jìn)行計算。一般對流土，臨界比降多采用下式計算：

jc＝(γS-1)(1-n)

式中jc為臨界比降；γS為土粒比重;n為土的孔隙率。對級配不連續(xù)的土，可根據(jù)細(xì)粒含量的多少和滲透系數(shù)的大小，分別確定抗?jié)B比降值。

壩基滲透變形

此外，當(dāng)滲透變形形式確定后，也可根據(jù)表2選取臨界比降與允許比降值。其中允許比降值的確定是采用了1～2的安全系數(shù)。鑒于流土破壞對建筑物的安全威脅最大，一般安全系數(shù)取大值，管涌一般取1.0～1.5。

對未膠結(jié)的斷層破碎帶、裂隙密集帶和軟弱夾層等，由于其顆粒組成變化較大，其滲透變形形式有管涌型也有流土型?？?jié)B能力主要與帶內(nèi)粘土礦物成分、可溶物質(zhì)含量多少和細(xì)粒填充緊密程度有關(guān)。一般抗?jié)B能力較高，不易產(chǎn)生滲透破壞。但當(dāng)破碎帶或軟弱夾層兩側(cè)巖體裂隙發(fā)育，貫穿性好，或滲徑短，使?jié)B流比降大于夾層臨界比降時，也會產(chǎn)生滲透破壞。