什么是坝基渗透变形?

什么是坝基渗透变形?

[拼音]：baji shentou bianxing

[外文]：dam foundation seepage deformation

坝的地基在长期渗流作用下，土体颗粒流失，导致地基变形甚至破坏的现象。水工建筑物地基的渗透变形，主要发生在砂砾石层和胶结不良的断层破碎带中。工程实践表明，地基渗透变形可使岩土体孔隙增大，承载力降低，甚至出现管道空洞，导致地基失稳，在闸、坝、堤防事故中占有很大比例。因此，研究坝基岩土体渗透变形及其防治措施，是关系到水利工程安全运行的关键问题之一。

渗透变形形式

一般有管涌、流土、接触冲刷，其中以管涌和流土最为常见。它们与岩土体结构、颗粒级配和水力条件等因素有关。

管涌

渗流将土体中细颗粒带走的现象，又称潜蚀。在砂砾石层中，特别在缺乏中间粒径的砂砾石层中最易发生。在未胶结的断层破碎带中也可见到管涌。当岩层的胶结物为易溶的岩盐和石膏时，在渗流作用下，胶结物被溶解带走，又称化学管涌。根据管涌随时间发展的不同情况，可分为发展性管涌和非发展性管涌。前者是指在一定渗透流速下，管涌随时间连续发展，最终引起土体破坏；后者是指在某一渗透流速下，发生管涌，有细粒移动和带出，但其带出量不大，也不随时间而增加，经一段时间后细颗粒甚至停止跳动和带出，渗透系数并不增大，土体仍不失去抗渗强度。

流土

渗流动水压力使土体表层颗粒呈现浮动的现象。坝基往往由于排水失效，致使下游边坡逸出部位的动水压力大于土体自重，而导致流土发生。流土一般多发生在表层为弱透水层，下部为强透水的砂砾石层组成的双层地质结构中。

接触冲刷

当渗流沿着粗细两种土层接触面或建筑物与地基的接触面流动时，沿接触面带走细颗粒的现象，称接触冲刷。对多层地质结构的土体，各层的渗透系数相差悬殊时，垂直层面渗流将渗透系数小的土层中的细粒带到渗透系数大的土层中的现象，又称接触流失。

渗透变形形式判别

砂砾石地基上的水工建筑物渗透变形的发生及其形式的判断，在很大程度上取决于地基砂砾石的级配特征。20世纪50～60年代，砂砾石层渗透变形形式的判断，多以不均匀系数Cu)=d60/d10（d60、d10为土粒粒径，小于该粒径的颗粒重量分别占总重量的60%和10％）为依据，Cu)小于10的土渗透变形形式为流土;Cu)大于20的土为管涌土。60年代后，通过大量工程实践，发现级配不连续的土，尽管不均匀系数大于20，如果细粒含量大于35％，其渗透变形形式仍然是流土。因此，对于级配不连续的土，提出以细粒含量作为判别渗透变形形式的标准(表1)。区分粗细粒径的方法是：对级配不连续的土，以颗粒组成曲线中缺乏的粒径组或含量不足3％的粒径组，为粗细料的区分粒径；对级配连续的土，方法较多，一般为了简便，有的以1.0mm也有的以2.0mm作为区分粒径。双层地基的渗透变形形式主要为接触冲刷。一般认为相邻两层土体的d10比值小于或等于10，且两层土的不均匀系数均小于或等于10时，将不致产生接触冲刷。反之，则应考虑接触冲刷问题。凡两层土体之间的渗透系数比值等于或小于10，或者两层土体的d20比值小于或等于3时，可按单层土体结构来考虑（d20为土粒粒径，小于该粒径的土重占总土重的20％）。

渗透破坏标准

闸、坝、堤防岩土体地基在渗流作用下，能否产生渗透破坏，主要取决于土体本身的抗渗强度，具体以临界比降作为判定标准。临界比降是岩土体中的细粒随着渗流的加剧，由静止转化为运动状态的比降。当地基的渗流比降大于土体的临界比降时，则产生渗透破坏。坝下渗流在各部位的流动方向和渗流比降的大小都不相同，对坝基稳定的影响也随位置不同而异，下游坝坡坡脚渗流出口处，动水压力方向由下向上，最易发生渗透破坏。岩土体临界比降值的确定，主要有两种方法：试验法和计算法。

（1）试验法：包括室内和现场试验。对重要的大型水利工程，可直接进行现场试验，根据试体的埋藏情况，可在试坑、钻孔和平洞中进行。记录各级水头下的水位、流量和试体的变形情况，绘制比降与流量的关系曲线，确定临界比降值。

（2）计算法：应视渗透变形形式、渗流方向、颗粒级配特征和地层结构类型，选择相应的公式进行计算。一般对流土，临界比降多采用下式计算：

jc＝(γS-1)(1-n)式中jc为临界比降；γS为土粒比重;n为土的孔隙率。对级配不连续的土，可根据细粒含量的多少和渗透系数的大小，分别确定抗渗比降值。

此外，当渗透变形形式确定后，也可根据表2选取临界比降与允许比降值。其中允许比降值的确定是采用了1～2的安全系数。鉴于流土破坏对建筑物的安全威胁最大，一般安全系数取大值，管涌一般取1.0～1.5。

对未胶结的断层破碎带、裂隙密集带和软弱夹层等，由于其颗粒组成变化较大，其渗透变形形式有管涌型也有流土型。抗渗能力主要与带内粘土矿物成分、可溶物质含量多少和细粒填充紧密程度有关。一般抗渗能力较高，不易产生渗透破坏。但当破碎带或软弱夹层两侧岩体裂隙发育，贯穿性好，或渗径短，使渗流比降大于夹层临界比降时，也会产生渗透破坏。