渗透变形

是土体在水力坡降渗流作用下发生变形或破坏的现象

渗透变形（filtration erosion）是土体在一定水力坡降渗流作用下发生变形或破坏的现象，它包括流土和管涌两种基本形式。

概念

土岩体在地下水渗透力（动水压力）的作用下，部分颗粒或整体发生移动，引起岩土体的变形和破坏的作用和现象。表现为鼓胀、浮动、断裂、泉眼、沙浮、土体翻动等。渗透水流作用于岩土上的力称为渗透水压或动水压力，只要有渗流存在就存在这种压力，当此力达到一定大小时，岩土中的某颗粒就会被渗透水流携带和搬运，从而引起沿岩土的结构变松，强度降低，甚至整体发生破坏。

研究意义

1、是土石坝的主要工程地质问题；

2、对坝基、基坑、地下巷道掘进、矿山等带来危害；

3、是工程地质学研究的课题之一。

渗透类型

土的特性对渗透变形形式有很大关系，一般情况是粘性土和不均匀系数Cu<10的匀粒砂，在一定水力坡降下，容易发生流土；Cu>10的不匀粒砂砾石土（包括曲率系数Cc≠1~3的不连续级配的砂砾石），既可能发生流土也可能产生管涌，这种情况主要决定细小填料的含量。这里所指的填料，指自由分散在孔隙中的细小颗粒，而互相约束的较粗颗粒称为骨料。区分骨料与填料粒径标准：对于不连续级配的砂砾石土可按其颗粒大小分配曲线的转折点所对应的粒径作为区分尺寸，对于连续级配的砂砾石土根据测得的流失颗粒粒径来看，大致可用2mm作为骨料与填料的区分粒径。

在水利工程中用来判别渗透变形的破坏形式的标准，可归纳为以下几点：

1、粘性土和不均匀系数Cu<10的匀粒砂或Cu>10但填料含量大于35%（正常级配）的砂砾石土，其主要破坏形式为流土。

2、正常级配（Cu>10，Cc=1~3）的砂砾石土，当其不均匀系数Cu>10填料含量小于30%时，其破坏形式为管涌；

3、缺乏中间粒径（不连续或中断级配）的砂砾石土，当填料含量小于20%时，其破坏形式为管涌，而填料含量大于30%时则为流土。

管涌

在渗流作用下，细颗粒沿土体骨架中的孔道发生移动带走的现象，又称潜蚀。它通常发生在砂砾石地层中。根据渗透方向与重力方向的关系：垂直管涌、水平管涌。

流土

在渗透作用下，土体中的颗粒群或团块同时发生移动的现象。常发生于均质砂土层和亚砂土层中。这种破坏形式在粘性土和无粘性土中均可以发生。粘性土发生流土破坏的外观表现为：土体隆起、鼓胀、浮动、断裂等。无粘性土发生流土破坏的外观表现是：泉眼（群）、砂沸、土体翻滚最终被渗透托起等。

接触冲刷

渗流沿着两种不同介质的接触面流动并带走细颗粒的现象称为接触冲刷。如穿堤建筑物与堤身的结合面和裂缝的渗透破坏等。

接触流土

渗流垂直于两种不同介质的接触面运动，并把一层土的颗粒带入另一土层的现象称为接触流土。这种现象一般发生在颗粒粗细相差较大的两种土层的接触带，如反滤层的机械淤堵等。对粘性土，只有流土、接触冲刷或接触流土三种破坏形式，不可能产生管涌破坏。对无粘性土，则四种破坏形式均可发生。

渗透变形规律

以往，人们总是认为渗透变形的发生和发展是难以预测的。这种认识的产生是基于对地质条件、土体结构缺乏足够了解，是由于历史、经济、技术和思想等方面的原因造成的。因此误认为堤坝渗透破坏是随机发生的。因而面对洪水来袭，惯用的方法常常是采用“人海战术”，一味对堤防采用拉网式的排查，严防死守，这种方法不但耗时耗力、劳民伤财，而且效果不如人意。随着人们认识水平的不断提高，对于渗透变形发生的前提条件及其发展过程等已经具备了一定认识，基本了解了它的发生和演变规律。例如：发生在堤基的松散层，渗漏部位埋深较浅，比较容易被人们探测确定，对它的认识比较深刻。对于主要受堤基深部基岩裂隙、溶蚀、断层、强风化带等渗流通道的影响，堤基渗流位置埋深大，检测难度高，且具有一定的隐蔽性，对它的危害性认识尚比较肤浅。

实际工程中的渗透变形位置不仅会发生在堤身、堤脚，也会发生在堤内和堤基。堤内发生的部位甚至可距离堤几百米远，如荆江大堤1987年发生在观音寺堤段的管涌就距离堤脚400多米，这类渗透变形由于位置距离堤坝较远，在巡查检测过程中经常会被巡检人员所忽视而留下事故隐患；而发生在堤基下的渗透变形由于产生于堤基深部，更加不易为人们及时发现和妥善处理，具有相当的隐蔽性。这种源自堤基深层的渗透变形对于堤防安全的不良影响必须引起足够重视。

研究表明，岩土体的裂隙、变形和渗透性之间有着密切的联系，在所有渗透变形的影响因素中，只有清楚地知道岩土体的渗透性质才能够对堤坝的其它运行条件做出更好的设计，因此岩土体渗透性质的研究是岩土工程渗流理论中极其重要的一环。

渗透变形与渗透破坏

渗透破坏与渗透变形不同，只要存在颗粒的运动就会发生渗透变形，而渗透破坏则是指堤基在渗流作用下失去承载力和稳定性。对于任何水工建（构）筑物地基而言，渗透变形的形式既可能是单一形式出现，也可能是多种形式伴随出现。渗透变形的进一步发展可能是大量颗粒涌出，堤基承载力降低，沉降加剧，堤防失稳，但也有一些堤基，管涌发生了几十年，而堤基并未破坏。同属管涌型的土，渗透变形后的发展过程可能有所不同。有些学者提出了表征渗透破坏的) 大特征：①渗流量大幅度增加；②供水压力维持不住，大幅度下降；③颗粒大量涌出，涌出物的尺寸也不断加大；④测压计读数波动。这些特征是形成贯通上下游通道的必然结果。

防渗措施

工程上常用的防渗措施有：深层搅拌法、高压喷射灌浆、砼防渗墙和土工膜等。

深层搅拌法

深层搅拌法是利用水泥等材料作为固化剂，通过搅拌机械在地基深部就地将软土和固化剂强制拌和，从而形成水泥加固土防渗体。常用的搅拌桩有多头小直径和单头或双头搅拌桩。防渗体的容许水力坡降为20～30 ，渗透系数为10-5 ～10-8 cm/s。该法的主要优点是施工噪音小，无污染，造价低，适应地基的范围较广，但遇块石或大粒径材料难以施工。

高压喷射灌浆

高压喷射灌浆是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻至土层的预定部位，利用高压设备使浆液从喷嘴中喷射出来，从而使土体和浆液搅拌混合，待浆液凝固后,便在土中形成一固结体。高压喷射灌浆分为定喷和旋喷两种注浆形式。固结体的渗透系数可达10-5～10-6 cm/s。该法设备简单，浆液流失小，施工速度快,适应地基的范围广，无公害，但不适于地下水流速大的部位。

砼防渗墙

采用钻(挖、冲) 孔在土中成槽，然后，浇灌砼,并把已浇灌的砼一段一段地接起来，从而形成砼防渗墙。墙体可以采用普通砼，也可以采用塑性砼以降低造价。普通砼防渗墙的渗透系数<10-7cm/s，塑性砼的渗透系数为10-6～10-7 cm/s。该法施工速度快,墙体厚度均匀，适应地基的范围广。但需用专门的施工机械且要求一定的施工平台速度。

土工膜

土工膜及复合土工膜防渗技术是工程上造价最低的一种防渗措施。土工膜材料一般为聚乙烯，其厚度可根据设计水头、抗穿刺能力和施工条件等因素进行确定，其施工工序为：成槽机开沟造槽、铺膜、回填土和场地平整。复合土工膜有长、短纤维两种，另外，按照布膜组合，有一布一膜、二布一膜和二膜一布之分。土工膜及复合土工膜的渗透系数为10-11 ～10-12 cm/s。该技术常用于粉土、砂和砂砾层的防渗处理。

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