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渗透变形

d60分别为土颗粒直径,小于该直径的颗粒重量占总重量的10%及60%,J为渗流破坏坡降,或称临界坡降。伊斯托明娜(В.С.Истомина)试验证明,J和η的关系最大,并提出两者的关系曲线如图所示。 渗透破坏坡降曲线 伊氏认为:η≤10的土,渗透破坏的主要形式为流土;η>20的土,渗透破坏的主要形式为管涌;10<η<20的土,渗透破坏形式既可能为流土,也可能为管涌。

坝体或坝基渗流的水力坡降大于坝体土或地基的破坏坡降时,土体颗粒移动流失,导至土体变形以至破坏的现象。表现形式可以归纳为管涌,流土,接触冲刷和接触流土等,其中以管涌和流土最为常见。

渗流带走的土壤细颗粒,并逐渐发展形成通路时,即产生管涌现象。产生管涌的原因有机械因素,也有化学因素。岩石中往往产生化学管涌;非粘性土主要是机械管涌;而粘性土存在着凝聚力,不产生管涌现象。如以η表示土的不均匀系数,d10d60分别为土颗粒直径,小于该直径的颗粒重量占总重量的10%及60%,J为渗流破坏坡降,或称临界坡降。伊斯托明娜(В.С.Истомина)试验证明,Jη的关系最大,并提出两者的关系曲线如图所示。

渗透破坏坡降曲线

伊氏认为:η≤10的土,渗透破坏的主要形式为流土;η>20的土,渗透破坏的主要形式为管涌;10<η<20的土,渗透破坏形式既可能为流土,也可能为管涌。但是否发生渗透变形,还应根据土的η值,由图中曲线查出J值;当实际渗透坡大于J时则出现渗透破坏。此法沿用较广,但欠准确。

中国南京水利科学研究院提出渗流方向自下而上时,管涌的临界坡降公式为:

渗透变形

式中d3为相应于含量为3%的粒径,以厘米计;n为孔隙率;K渗透系数(厘米/秒)。

实际坡降超过临界坡降时,即发生管涌。

对于坝基内部管涌(水平方向),可按下式确定临界坡降。

JJ·tgφ

式中J为按前式求得的坡降;φ为土的内摩擦角。

流土是位于渗透水流逸出处的土体在动水压力作用下发生移动的现象。渗透动水压力作用的方向和流向一致,当向上的动水压力超过土体重量时,土体即被托起形成流土;当向上的水压力与土体重量相等时,两者处于平衡状态。据此可求得流土的临界坡降。

渗透变形

式中γ1为土的干容重;γ为水的容重。

当实际渗透坡降超过临界坡降时,将发生流土现象。

接触冲刷是渗流在沿着两种颗粒不同的土层交界面流动时,交界面土颗粒可能被冲刷,使两种土层的一些颗粒混合起来,称为接触冲刷。接触管涌和接触流土是渗流在垂直于不同介质的接触面流动时,把其中一层细颗粒移入到另一层中去的现象称为接触管涌;当形成一个剥蚀区、整块土体发生移动时称为接触流土。