1、土的滲透性管涌的治理的方法探索一 概述l土是具有連續孔隙的介質。當土作為建筑物的地基和直接用作建筑材料時，水就會在水位差的作用下，從水位較高的一側透過土的孔隙流向水位較低的一側。關于防滲墻防滲墻施工現場防滲墻滲透的定義及土的滲透性 l水透過土體孔隙的現象成為滲透 l土具有被水透過的性能稱為土的滲透性l水在土體中的滲透，一方面會造成水量的損失，影響工程效益；另一方面將引起土體內部的應力狀態的變化，從而改變水工建筑物或地基的穩定條件，嚴重時還會釀成破壞事故。l土的滲透性的強弱，對土體的固結、強度以及工程施工都有非常重要的影響 水的問題l水的問題指在工程中由于水本身引起的工程問題，比如基坑、隧道等開

2、挖工程中普遍存在地下水滲出而出現需要排水的問題；相反在以蓄水為目的的土壩中會由于滲透造成水量損失而出現需要擋水的問題；另外還有一些像污水的滲透引起地下水污染，地下水開采引起大面積地面沉降及沼澤枯竭等地下水環境的問題。也就是說，說自身的量（涌水量，滲水量）、質（水質）、賦存位置（地下水位）的變化所引起的問題。 土的問題l土的問題是指由于水的滲透引起土體內部應力狀態的變化或土體、地基本身的結構、強度等狀態的變化，從而影響建筑物或地基地穩定性或產生有害變形的影響，在坡面、擋土墻等結構物中常常會由于水的滲透而造成內部應力狀態的變化而失穩；土壩、堤防、基坑等結構物會由于管涌逐漸改變地基土內的結構而釀成破

3、壞事故；非飽和的坡面會由于水分的滲透而造成土的強度的降低而引起滑坡。由于滲透而引起的代表性例子就是地下水開采造成的地面下沉問題。 二 Darcy滲透定律 l由于土中孔隙一般非常微小，水在土體中流動時的粘滯阻力很大，流速緩慢 層流水在土中的滲透速度和試樣兩端水面間的水位差成正比，而與滲徑長度成反比 hiLhkvkiAvAqDarcy滲透定律lv 滲透速度（cm/s或m/s）lq 滲流量（cm3/s后m3/s）li 水力梯度，沿滲流方向單位距離的水頭 損失，無因此lh 試樣兩端的水位差，即水頭損失lL 滲徑長度lk 滲透系數（cm/s或m/s,m/d）lA 試樣截面積（cm2或者m2）流速與水力梯

4、度的關系砂土砂土的水力梯度與滲透速度呈線性關系，符合達西滲透定律。流速與水力梯度的關系粘土對于密實的粘土，由于吸著水具有較大的粘滯阻力，因此，只有當水力梯度達到某一數值后，克服了吸著水的粘滯阻力以后，才能發生滲透。我們將這一開始發生滲透時的水力梯度成為粘性土的起始水力梯度ibl粘性土不但存在起始水力梯度，而且當水力梯度超過起始水力梯度后，滲透速度與水力梯度的規律還偏離達西滲透定律而呈非線性關系。為方便，用虛直線來描述密實粘土地滲透速度與水力梯度的關系，用以下形式表示。 流速與水力梯度的關系粘土0iikv流速與水力梯度的關系礫土在粗粒土中（礫、卵石等），只有在小的水力梯度下，滲透速度與水力梯度才

5、呈非線性關系，而在較大的水力梯度下，水在土中流動進入紊流狀態，滲透速度與水力梯度呈非線性關系，此時達西定律同樣不能適用 注意l按照達西定律求出的滲透速度是一種假想的平均流速 ，它假定水在土中的滲透是通過土體截面來進行的 。l實際上 ，水在土體中的實際流速要比用達西定律求出的流速要大得多。，他們之間的關系為 eevnvv1Darcy滲透定律的適用條件 l太沙基通過大量試驗證明從砂土到粘土達西滲透定律在很大的范圍內都能適用，其適用范圍是由雷諾系數來決定的，也就是說只有當滲流為層流的時候才能適用。l根據水的密度，流速v，水的粘滯系數，土粒粒子平均粒徑d，可以算出雷諾數RevdReDarcy滲透定律的

6、適用條件l從層流轉換為紊流時的Re數一般為0.17.5的范圍，而一般認為在土的孔隙內水流只要雷諾數10-1高滲透性純礫與礫混合物10-310-1中滲透性極細砂10-510-3低滲透性粉土、砂與粘土混合物10-710-5極低滲透性粘土10-7幾乎不透水 影響滲透系數的因素很多，諸如土的種類、級配、孔隙比及水的溫度等。因此，為了準確地測定土的滲透系數，必須盡力保持土的原始狀態并消除人為因素的影響 成層土的滲透系數l天然沉積土往往由滲透性不同的土層組成。對于與土層層面平行和垂直的簡單滲流情況，當各層的滲透系數和厚度已知時，我們可以求出整個土層與層面平行和垂直的平均滲透系數，作為進行滲透計算的依據。結

7、論l對于成層土，如果各土層的厚度大致相近，而滲透性相差懸殊時與層向平行的平均滲透系數將取決于最透水土層的厚度和滲透性與層向垂直的平均滲透系數將取決于最不透水土層的厚度和滲透性 2.3 滲流場理論2.3.1穩定二維滲流場中的拉普拉斯方程 單位時間內流入單元體的總水量必等于流出的總水量02222yhxh2.3.2 流網及其特征l滲流場中任一點的水頭是其坐標的函數，因此求解滲流問題的第一步就是先確定滲流場中各點的水頭，亦即求解滲流基本微分方程l滿足拉普拉斯方程的將是兩組彼此正交的曲線，一組稱為等勢線（各點水頭相等），另一組稱為流線（表示滲流的方向），等勢線和流線交織在一起形成的網格叫流網l只有滿足邊

8、界條件的那一種流線和等勢線的組合形式才是拉普拉斯方程的正確解答流網及其特征l求解方法解析法數值法電擬法比較精確，但只有在邊界條件簡單的情況下才能求解有限差分法（FDM）有限單元法（FEM）電網絡模擬邊界條件比較復雜的滲流典型流網分析接近壩底，流線密集，水力梯度大，滲透速度大遠離壩底，流線稀疏，水力梯度小，滲透速度小流網特征l流線與等勢線彼此正交l每個網格的長度比為常數，為了方便常取1，這時的網格就成為正方形或曲邊正方形l相鄰等勢線間的水頭損失相等l各流槽的滲流量相等2.4滲透破壞的類型2.4.1滲透變形的形式l按照滲透水流引起的局部破壞特征，滲透變形可分為流土和管涌兩種基本形式l流土是指在滲流

9、作用下局部土體表面隆起，或土粒群同時起動而流失的現象。它主要發生在地基或土壩下游滲流逸出處。l基坑或渠道開挖時所出現的流砂現象是流土的一種常見形式流土流土管涌l管涌指在滲流作用下土體的細土粒在粗土粒形成的孔隙通道中發生移動并被帶出的現象。主要發生在砂礫土中。管涌管涌管涌整體破壞水庫塌岸2.4.2滲透變形產生的條件l滲流力和臨界水力坡度滲流力的概念水在土中流動能量消耗力圖拖曳土粒水頭損失滲透水流施于單位土體內土粒上的拖曳力稱為滲流力滲透力、動水壓力滲流力的概念l1點，滲流力與重力方向一致，滲流力促使土體壓密，對穩定有利l2點，3點，滲流力與重力方向正交，對穩定不利l3點，滲流力與重力方向相反，對

10、穩定特別不利土的臨界水力梯度l抗滲強度：土體抵抗滲透破壞的能力，通常以瀕臨滲透破壞時的水力梯度表示，一般稱為臨界水力梯度或抗滲梯度流土型土的臨界水力梯度逸出處單位土體nGeGswws118 . 9118 . 9ijwnGiscr11臨界水力梯度流土型土的臨界水力梯度nGiscr11 流土的臨界水力梯度決定于土的物理性質，當土的比重和孔隙率已知時，則土的臨界水力梯度是一定值，一般在0.81.2之間 根據豎向滲流不考慮周圍土體的約束作用情況下推得的，因此，按此式求得臨界水力梯度偏小，一般比試驗值要小1520粘性土的臨界水力梯度l粘性土由于粒間粘結力的存在，其臨界水力梯度較大。l粘性土與無粘性土的流

11、土破壞機理不同，后者是由于滲流力的作用，前者則還與土體表面的水化崩解作用（水穩性）以及滲流出口臨空面的孔徑有關。水科院建議對粘性土201179. 01124CDnnniLcr逸出梯度與滲透穩定l流土一般發生在滲流逸出處。因此只要求出滲流逸出處的水力梯度，就可判別流土的可能性。creii creii creii 土處于穩定狀態土處于臨界狀態土處于流土狀態逸出梯度與滲透穩定l滲透逸出的水力梯度實際上是不可求出的，通常是把滲流逸出處的流網網格的平均水力梯度作為逸出梯度。l在設計時，為保證建筑物的安全，通常要求將逸出梯度限制在容許梯度之內Lhie screFiii管涌型土的臨界水力梯度l管涌是單個土粒

12、在土體中移動和帶出，水科院提出的管涌土臨界水力梯度的計算公式為2052112 . 2ddnGiscrl根據滲流場中單個土粒收到的滲流力、浮力以及自重作用時的極限平衡條件，并結合試驗資料分析而得到臨界水力梯度與不均勻系數的關系l土的不均勻系數越大，臨界水力梯度越小。l結論不是絕對的按滲透變形劃分土的類型管涌土非管涌土在很大的水力梯度下也不會發生管涌在不大的水力梯度下就可以發生管涌流土型管涌型管涌土的劃分管涌土發展性管涌土非發展性管涌土管涌型土過渡型土流土型土非管涌土土土的類型與滲透變形型式粘性土無粘性土過渡型土只有流土而無管涌與土的顆粒組成、級配和密度等因素有關與密度有關，大密度流土，小密度管涌臨界水力梯度與滲透系