柳治富;曲洪军;何爽
【摘 要】基坑土体在基坑内外水头差的作用下极易于出现渗透变形问题.正确分析基坑土体的渗透稳定性,是保障降水稳定安全的重要的工作.文章在总结前人理论经验的基础上,从土的组成和水动力条件两方面进行讨论,分析了武汉长江隧道工程基坑土体的渗透稳定性,进而提出了防治基坑土体渗透变形的措施和方法.
【期刊名称】《矿产勘查》
【年(卷),期】2009(012)011
【总页数】4页(P24-27)
【关键词】渗透变形;管涌;流土;临界水力梯度;级配
【作 者】柳治富;曲洪军;何爽
【作者单位】威海市水利岩土工程有限公司,威海,264200;威海市水利岩土工程有限公司,威海,264200;威海市水利岩土工程有限公司,威海,264200
【正文语种】中 文
【中图分类】其他
《 湖 豳 黼 蠡 幽 矗 翻 豳 缸 螽 速 翰GEOTECHNICAL ENGINEERING WORLD VoI． 12N011基 坑 土 体 渗 透 稳 定 性 的 分 析 与 防 治柳治 富， 曲 洪军 ，何爽（威海市水利岩土工程有限公司 ，威海 264200 ）摘 要 基坑土体在基坑内外水头差的作用下极易于出现渗透变形问题。 正确分析基坑土体的渗透稳定性 ，是保障降水稳定安全的重要的工作。 文章在总结前人理论经验的基础上 ，从土的组成和水动 力条件两方面进行讨论 ，分析了武汉长江隧道工程基坑土体的渗透稳定性 ，进而提出了防治基坑 土体渗透变形的措施和方法。关键词渗透变形管涌 流土 临界水力梯度 级配中图分类号 ： P462.2文献标识码 ：A文章编号 ：1009 - 5098(2009)11 -0024-04 1土体渗透变形及其发生 的水动力条件 1.1渗透变形的判别方法国内外学者对渗透变形 的特征进行 了广泛 的研究 ， 这里介绍几种简便可行的判别方法 。 (1)根据土粒级配曲线判别 常见 的土颗粒级配 累积 曲线有 “阶梯式 ” 、 “ 直 线式” 和 “ 瀑布式 ” ， 粒径分布 曲线主要有单峰型 和双峰（ 多峰 ） 型 ，如图 1 所示 。一 累积曲线 —一 —一分布曲线粒径/mm图 1 土的累积含量曲线与粒径分布曲线示意图一般地 ， 累积 曲线属“ 瀑 布式 ” 者产生管涌 ；属“ 直线式 ” 者不产生管涌 ， 而在较高的水力梯度下产生流土 ； 属“ 阶梯式 ” 者多为管涌 ，有时为流土 （ 曲线向细粒方 向缓坡延长者为管涌 ，较大角度与横坐标 相交者为流土 ） 。 分布曲线呈单峰的一般不发生管 涌 ，而在较高的水力梯度下直接产生流土 ； 呈双峰或 多峰者将产生危险性管涌¨ 1 。(2)根据土的不均匀系数判别前苏联伊斯托美娜提出以不均匀系数来区分渗 透破坏形式 。 她认为在 自下而上 的渗流作用下 ， 当[收稿 日期] 2009-04-17 24土的不均匀系数 C 。 为 C。 ≤ 10 流土 C。 >20 管涌 (1) 10 变形 为流土型；>5时 ，又可分为级配连续的非均粒土和级配不连续的非均粒土 。 对于 C 。 >5 级配连续的非均粒土 ，细粒含量满 足 下 式 的为流 土 型 ， 反 之为管涌型 ‘ 2] P。≥斋‰ c2 P。一土的细粒含量 (%) ， 确定方法 为 ：按 公 式 (2)， (3) 确定粗细粒 的 区 分粒径 df ，在 累积 曲线 中找到 df 对应 的累积含量 ， 即为 P 。。嘭=刀菊i(3)式 中：df 一土体粗细粒的区分粒径 (mm) ；岩土工程界 第 12 卷 第 11 期对于 C 。 >5 级配不连续 的非均粒土 ， 当细粒含量 P 。 为P。 ≥ 35% 流土尸。 <250/0 管涌 (4) 25% ≤ P 。 <350/0 流土或管涌其中，细粒含量 P 。 确定的方法为 ：在颗粒分布曲 线上找到双峰（ 或多峰） 间谷底对应的粒径 ，再在累积 曲线上找到该粒径所对应的累积含量 ，即为 P 。 。 需要说明的是 ， 方法 2 ） 和 3 ） 限制于粘粒含量 不大于 5%的粗粒土 和 渗流方 向为 自下 而 上 的情况。因为当土 中粘粒含量大 于 5010 时 ， 土 中渗流力 学机理更为复杂 ，不再符合各公式推导的前提 ，所以 对细粒土是不适用的。 我 国水利水电行业规范中明 确指 出：除分散性粘土 ，细粒土的渗透变形形式主要 为流土‘ 3] 。1.2临界水力梯度和允许水力梯度‘ 4] 1)流土的临界水力梯度 Jcr 及其允许水力梯度 [J]当渗流 自下而上时 ， 对于非粘性土 ．， 。 ， = （ G ： -1 ） （ 1 一 凡 ）(5)对于粘性土． ， ” =(Gs -1)(1-n)+专 (6)当渗流 由里 向外水平时 ， 对于非粘性土 ' ， 。， =(G.-1)(1 一凡)(cosOtancp -sin0)(7)对于粘性土 ． ， 。， =(G.-1)(1 一n)(cosOtancp -sin0)+c(8)上式 中：G 。一土粒 比重 ；n一土 的孔隙率(%) ； c-土的粘聚力(MPa) ； 铲一流土土坡的坡度 (o) ；p-土的内摩擦角( 。) 。 设计中，为确保建筑物的安全 ，通常要求实际水力梯度 l ， 不大于容许水力梯度 [J] ， 即 ：． ，≤ [． ， ] ： Jcr(9) ， 兀 式中：m- 安全系数 ，常取 2.0~2.5 。 2)管涌的临界水力梯度 ． ， 。，及其允许水力梯度． ， 。 =2.2(Gs-1)（ 1 一 凡） 2_ds(10)式 中： ds-级配 累积 曲线上 累积含量 为 5% 所对应 d20一级配累积曲线上 累积含量为 20% 所对应一般发生管涌的水力梯度 比发生流土的临界值 低 ，但变化范围很大 ，不容易准确获得。 我国学者在 试验的基础上 ，提 出管涌土 的破坏水力梯度和允许 水力梯度范围值 ，见表 l 。表 l 管涌临界梯度与允许梯度范围┏ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┳ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┳ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┓ ┃水力梯度 ，┃连续级配的土不连续级配的土┃ ┣ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┫ ┃临界水力梯度 ， ，， 0.2 — 0.4 0.1 ～ 0.3允许水力梯度[J] 0.15～0.25 0.1 ～ 0.2┃ ┗ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┻ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┻ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┛ 2 工程概况武汉长江隧道工程武 昌盾构井基坑长 36.7m ，宽 23.1m ， 开挖深度 21.3m ，基坑 围护结构及 隔水采用厚 0.8m 、深 38m 的地下连续墙 ， 采用深井法 降低承压水位。 武汉长江隧道武 昌盾构井工程的场 地土体的粒度组成情况见表 2 。 根据勘查资料和土 工实验结果 ，得到基坑各土层渗透稳定相关物理力 学指标 ，见表 3 。表 2 基坑土体粒度成分表单位 ：%┏ ━ ━ ━ ━ ┳ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┳ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┳ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┳ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┳ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┳ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┳ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┓ ┃土层┃ ┃ ┃ d/mm┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┣ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┫ ┃编号 20 — 2 2—0.5 0.5 — 0.250.25~ 0.0750.075 ～ 0.05 0.05 ～ O.Ol 0.01~0.005 <0.005┃ ┣ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┫ ┃① 40.90 22.60 20.90 4.50 11.40②┃ ┃ 1.30 11.03 15.24 47.59 8.32 17.74③ 5.08 28.55 22.9 33.56 4.30 10.24④一 7.37 6.68 67.36 11.77 9.00 2.22 5.83⑤ 16.95 23.48 22.94 24.04 3.46 5.56 1.64 4.23⑥ 19.45 26.00 23.50 17.60 4.95 3.60 1.25 3.65┃ ┗ ━ ━ ━ ━ ┻ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┻ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┻ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┻ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┻ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┻ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┻ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┛量P为35%尸。< 250/0 25%<350/0其中，细粒含量 P 。 确定的方法为 ：在颗粒分布曲线上找到双峰（ 或多峰） 间谷底对应的粒径 ，再在累积曲线上找到该粒径所对应的累积含量 ，即为 P 。 。需要说明的是 ， 方法 2 ） 和 3 ） 限制于粘粒含量不大于 5%因为 当土 中粘粒含量大 于 5010 时 ， 土 中渗流力学机理更为复杂 ，不再符合各公式推导的前提 ，所以对细粒土是不适用的。 我 国水利水电行业规范中明确指 出：除分散性粘土 ，细粒土的渗透变形形式主要为流土‘3] 1.24]当渗流 自下而上时 ，对于非粘性土．G：-1） (5) (Gs -1)(1-n)+当渗流 由里 向外水平时 ， '。，=(G.-1)(1)(cosOtancp -sin0)(7) sin0)+c (8)上式 中：G 。一土粒 比重 ； n一土 的孔隙率(%) ； c-土的粘聚力(MPa) ；铲一流土土坡的坡度 (o) ； p-土的内摩擦角()设计中，为确保建筑物的安全 ，通常要求实际水，≤[．]Jcr(9)兀式中：m- 安全系数 ，常取 2.0~2.5 。=2.2(Gs -1)（ 1 一 凡） 2_ds(10)式 中： ds-级配 累积 曲线上 累积含量 为 5% 所对应一般发生管涌的水力梯度 比发生流土的临界值低 ，但变化范围很大 ，不容易准确获得。 我国学者在试验的基础上 ，提出管涌土 的破坏水力梯度和允许水力梯度范围值 ，见表 l 。表l管涌临界梯度与允许梯度范围┏━┳┓┣╋┫ 0.2—0.4 0.1～0.30.2┗┻┛ 2工程概况武汉长江隧道工程武 昌盾构井基坑长 36.7m ，宽23.1 m开挖深度 21.3m ，基坑 围护结构及 隔水采用厚 0.8m 、深 38m 的地下连续墙 ， 采用深井法降低承压水位。 武汉长江隧道武 昌盾构井工程的场地土体的粒度组成情况见表 2 。 根据勘查资料和土工实验结果 ，得到基坑各土层渗透稳定相关物理力学指标 ，见表 3 。2基坑土体粒度成分表 0.50. 25 25~ 0.075 0.0750.05 < 0.005 V01.12No.ll表 3 基坑土体物理力学参数表┏ ━ ━ ━ ━ ━ ┳ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┳ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┳ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┳ ━ ━ ━ ━ ━ ┳ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┳ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┳ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┳ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┳ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┓ ┃层 厚不均匀曲率比重孔隙度含水量内摩擦角粘聚力压缩系数┃ ┣ ━ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┫ ┃ M ／ m系数 C 。系数 C ， G。 n/qoⅢ ／ % cp/' c/MPa a/MPa- 3.15 14.87 3.21 2.85 47.09 31.38 8.0 10.0 0.44 11.1 9.46 1.29 2.83 48.72 34.55 18.0 0.38 5.15 9.33 2.86 2.81 46.24 31.58 12.0 0.24 9.10 4.68 1.53 2.79 44.44 30.05 30． O O O ． 15 19.05 10.12 1.38 2.51 37.89 16.09 37． O O ． 18 2.15 12.51 1.41 2.78 32.08 18.95 40． O 0.09┃ ┗ ━ ━ ━ ━ ━ ┻ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┻ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┻ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┻ ━ ━ ━ ━ ━ ┻ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┻ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┻ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┻ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┻ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┛由非完整井抽水试验结果得到承压含水层概化 渗透系数为 19m ． d-1 。 根据承压水 水位 观测 资 料 ，勘察期间承压含水层水位埋深在地面下 10.8m 左右 ，相 当于标高 13.4m ，承压水位高出含水层顶 面10m 以上 ； 进入丰水季节之后 ，水位将有可 能上升至标高 20.0m 左右 ， 即地面下 4m 。 承压水主要 赋存于砂类土层之 中， 以上覆 的粉质粘土为相对隔 水顶板 ，以志 留系泥质砂岩岩层为其隔水底板 ，含水 层厚度约 25.8m 左右 。 总体来讲 ，整个含水层 由上 到下颗粒逐渐变粗 ，透水性 由弱变强 。 3渗透稳定性的计算与分析 3.1 渗透变形分析 根据表 2 ，按照 土力学 中关 于粒径含量 的表示方法 ，绘制基坑土体 的粒径 累积含量 曲线与颗粒粒径分布曲线 ，见图 2 。由图 2 结合渗透变形理论可知 ：(1)土层① ~ ③的累积 曲线基本呈 “直线式 ” ， 多为流土 破 坏 ；土 层 ⑤ 和 ⑥ 的 累积 曲线 呈“ 瀑 布 式，一般 为管涌 破坏 ；土 层 ④ 的 累 积 曲线 明显 为“ 阶梯式 ” ， 其破坏形式多为管涌。 (2)土层① ~ ④的颗分 曲线无 明显谷底 ，基本 为单峰型 ，多为流土破坏 ； 而土层⑤和⑥的颗分曲线 明显为双峰且缺乏 中间粒径 ，是管涌破坏的典型 。 26摹 岫| 缸 窖 强 龚 蝶lH ’┏ ━ ━ ━ ┳ ━ ━ ━ ━ ┳ ━ ━ ━ ━ ┳ ━ ━ ━ ━ ┳ ━ ━ ━ ━ ┳ ━ ━ ━ ┳ ━ ━ ━ ━ ┓ ┃＼、＼—、≮卜┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃’—、┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┣ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ┫ ┃飞④ 1＼ ＼ 、┃ ┃ ┃ ┣ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ┫ ┃ ┃甙。“＼ j┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃（ 玉┃ ┃ ┣ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ┫ ┃ ┃心U㈠＼ 国|L ＼、 ＼┃ ┃ ┣ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ┫ ┃ ┃ ┃＼ ＼ |＼ ’． |弋、 l击、 t|唧＼ 、┃ ┣ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ┫ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃—～┃ ┃ ┃ ┃ ┃0 、、‘≮生，o 避┃ ┃ ┗ ━ ━ ━ ┻ ━ ━ ━ ━ ┻ ━ ━ ━ ━ ┻ ━ ━ ━ ━ ┻ ━ ━ ━ ━ ┻ ━ ━ ━ ┻ ━ ━ ━ ━ ┛根据表 3 ， 由渗透变形理论可知 ： (1)土层① ~ ③为级配 良好 的非均粒土 ；土层 ④为级配 良好的均粒土 ；而土层⑤和⑥则 为级 配不 良的非均粒土 。 (2)土层② ~ ④ 的不 均匀 系数 C 。 都小 于 10 ， 多为流土破坏 ； 尤其是土层④的 C 。 小于 5 ， 可 以 直 接判定其为流土破坏 ； 土层① 、⑤和⑥的不均匀系数C。在 10 至 20 间 ，破坏形式不能确定 。 (3)土层① ~ ③粘 聚力不 为零 ，结合粒度组成表 5-1 可知它们具有粘性 ，对于粘性土 的渗透变形一般为流土 。将上述分析与渗透变形判别条件等因素综合考 虑 ，基坑土体 中， 土层① ~ ④ 的渗透变形类 型 为流 土 ，土层⑤和⑥的渗透变形类型为管涌 ，基坑土体在 总体上为管涌型土 。 3.2验算临界水力梯度判定渗透变形 的类别之后 ，可选择相应 的临界 水力梯度公式进行计算 。 对于土层① ~ ③ ， 由于位 于基坑底面以上 ，坑壁形成临空面而易受渗透破坏 ， 所以从里 向外的水平渗流 为计算重点 ； 对于土层④~⑥ ，基本位于基坑地面 以下 ，坑底易受渗透破坏 ， 自 下而上的渗流为计算重点 。 根据前文所给参数及 数值分析结果 ，进行渗透稳定性计算 ，结果见表 4 。┏ ━ ━ ━ ┳ ━ ━ ━ ━ ┳ ━ ━ ━ ━ ┳ ━ ━ ━ ┳ ━ ━ ━ ┳ ━ ━ ━ ┳ ━ ━ ━ ┓ ┃ ┃ ┃、④┃ ┃ ┃ ┃ ┣ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ┫ ┃ ┃ ┃{／ (j＼ f┃ ┃ ┣ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ┳ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ┫ ┃ ┃ ┃ ┃{j| 二扒┃ ┃ ┣ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ┻ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ┫ ┃ ┃Ⅻ始N如＼ |，多= ≥S┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┣ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ┫ ┃／ 延|y 、 ．蛐， 训／┃ ┣ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ┫ ┃夕、 二 乏纱L 、 己过么┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃b ，￡┃ ┃ ┃ ┗ ━ ━ ━ ┻ ━ ━ ━ ━ ┻ ━ ━ ━ ━ ┻ ━ ━ ━ ┻ ━ ━ ━ ┻ ━ ━ ━ ┻ ━ ━ ━ ┛ 2020.50.250 080 050.010.0120 20.50.250.080 050.01001 粒径/mm粒径Imm (a) 累积含量曲线图 (b)颗粒分布曲线图图 2基坑土体粒径构成曲线图 00000000r-65432 ， 一 长 一 唧 缸 蛊 @ 梨 磔 卜 、 f ， V01.12 No.ll3基坑土体物理力学参数表层厚 MmⅢ% c/MPa a/MPa 9. 10 1. 531518由非完整井抽水试验结果得到承压含水层概化渗透系数 为 19m ． d-1 。 根据承压水 水位 观测 资料 ，勘察期间承压含水层水位埋深在地面下 10.8m左右 ，相 当于标高 13.4m ，承压水位高出含水层顶面以上 ； 进入丰水季节之后 ，水位将有可 能上升至标高 20.0m 左右 ， 即地面下 4m 。 承压水主要赋存于砂类土层之 中， 以上覆 的粉质粘土为相对隔水顶板 ，以志 留系泥质砂岩岩层为其隔水底板 ，含水层厚度约 25.8m 左右 。 总体来讲 ，整个含水层 由上到下颗粒逐渐变粗 ，透水性 由弱变强 。 3.1渗透变形分析根据表 2 ，按照 土力学 中关 于粒径含量 的表示由图 2 结合渗透变形理论可知 ： (1)土层① ~ ③的累积 曲线基本呈多为流土 破 坏 ；土 层 ⑤ 和 ⑥ 的 累积 曲线 呈瀑 布式其破坏形式多为管涌。 (2)土层① ~ ④的颗分 曲线无 明显谷底 ，基本为单峰型 ，多为流土破坏 ； 而土层⑤和⑥的颗分曲线明显为双峰且缺乏 中间粒径 ，是管涌破坏的典型 。摹岫|窖强龚蝶 lH’“＼j玉国Lt|0o避 (1)土层① ~ ③为级配 良好 的非均粒土 ；土层④为级配 良好的均粒土 ；而土层⑤和⑥则 为级 配不良的非均粒土 。 (2)土层② ~ ④ 的不 均匀 系数 C 。 都小 于 10 ，多为流土破坏 ； 尤其是土层④的 C 。 小于 5 ， 可 以 直接判定其为流土破坏 ； 土层① 、⑤和⑥的不均匀系数在至间 ，破坏形式不能确定 。5 -1可知它们具有粘性 ，对于粘性土 的渗透变形将上述分析与渗透变形判别条件等因素综合考虑 ，基坑土体 中， 土层① ~ ④ 的渗透变形类 型 为流土 ，土层⑤和⑥的渗透变形类型为管涌 ，基坑土体在总体上为管涌型土 。判定渗透变形 的类别之后 ，可选择相应 的临界水力梯度公式进行计算 。 对于土层① ~ ③ ， 由于位于基坑底面以上 ，坑壁形成临空面而易受渗透破坏 ，所以从里 向外的水平渗流 为计算重点 ； 对于土层④ ~⑥ ，基本位于基坑地面 以下 ，坑底易受渗透破坏 ，自 下而上的渗流为计算重点 。 根据前文所给参数及数值分析结果 ，进行渗透稳定性计算 ，结果见表 4 。(二≥S延|y训乏己b，￡ 0.25 0 080 050.010.01 0.08 0 05 0.010 01 0 r- 6 5 4长蛊@梨磔f岩土工程界 第 12 卷 第 1l 期6 五j 口‘睦矗旌≥表 4基坑土体渗透稳定性计算结果┏ ━ ━ ━ ┳ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┳ ━ ━ ━ ━ ━ ┳ ━ ━ ━ ━ ┳ ━ ━ ━ ━ ┳ ━ ━ ━ ━ ┳ ━ ━ ━ ━ ━ ┓ ┃ 土层 ┃级配渗透变临界水允许水实际水渗透稳定┃ ┣ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ┫ ┃ 编号 ┃描述形判别力梯度性判断┃ ┣ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ┫ ┃ ① ┃ ┃ ┃1.220.410.39安全┃ ┃ ② ┃级配 良好具有粘性1.180.43危险┃ ┃ ③ ┃非均粒土流土型1.211.401.23┃ ┣ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ┫ ┃ ④ ┃级配 良好， C。 <5 ， l O ． 33 2 ． Il均粒土┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┣ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ╋ ━ ━ ━ ━ ━ ┫ ┃ ⑤ ┃级配不 良P<35% 0.26 0.14 0.64┃ ┗ ━ ━ ━ ┻ ━ ━ ━ ━ ━ ━ ┻ ━ ━ ━ ━ ━ ┻ ━ ━ ━ ━ ┻ ━ ━ ━ ━ ┻ ━ ━ ━ ━ ┻ ━ ━ ━ ━ ━ ┛通过计算可知 ，基坑土体不满足渗透稳定要求 ，需要采取措施进行防治。 3.3基坑降水与渗透稳定本工程采用 了隔水支护措施 ，施工过程顺利 ，基 坑土体稳定 ，无流土 、管涌等现象。 隔水帷幕不但起 到了防水作用 ，也是提高基坑土体渗透稳定 的有效 结构。基坑降水是地基加 固的有效方法 ，是保证基 坑渗透稳定的关键措施 ， 是提 高工程质量 的重要 因 素。渗透变形的防治‘ 51防治渗透破坏的控制措施一般原则 是“ 治沙先 治水” 和 “ 上挡下排 ”即控制水力条件是关键 ，在高水头一侧采取防渗措施 ，在低水头一侧采用排水措施。具体方法应根据 当地地质 、 材料和其他条件合 理选择。 结合渗透变形理论与大量 的工程实践 ，基 坑渗透变形的防治主要有 以下几个方面 ： 首先 ，认真研究土体的结构组成 、物理力学性质 以及场地的水文地质条件 ，分析土体渗透变形 的特 征判断土体渗透变形的可能性及其类型 ，预测可能 发生的基坑稳定性 变化作为降水设计 和 施工 的重 点 。其次 ，应设置合理 的降水 、止水和 回灌水 系统。 在粉细砂层 中进行基坑开挖 ， 降水是关键。 由于土 层 中的动水压力会改变土 的粒度成分 、破坏土粒结 构 ，有可能引起渗透变形 ， 产生 土 体位移及边坡 失 稳 ，宜采用井点降水 。第三 ，要构筑恰 当的挡土 、隔水设施 。 在 粉细砂 层 中选择支护结构方案时须充分考虑土层 的特性 ， 在动水压力作用下易产生流土 、管涌 ，应选择截面抗弯性能高和整体性能好 、 具有 良好抗渗性 的支护结构 。第 四 ，规范施工 ，严密监测 。 水位的稳定关系到 动水压力即渗透力 的稳定 ，所 以在解决基坑降水稳 定问题时 ，要注意水位差值的变化 ，保证基坑土体的 渗透稳定 。 5 结论 (1) 土体渗透变形的类型可 以根据土粒级配曲 线 、不均匀系数和土 中细粒含量等进行判别 ，后两个 方法限制于粘粒含量不大于 5% 的粗粒土和渗流方 向为 自下而上的情况 ，除分散性粘土 ，细粒土 的渗透变形型式主要为流土 。 (2)验算临界水力梯度时应当注意分清渗流的 状态以及土体的性质 ，非粘性土 与粘性土 的临界水 力梯度计算值相差较大 ，会影响稳定性分析 的准确 性 。 (3)基坑降水是提高基坑稳定性 的重要措施。 应用渗透变形理论对基坑土体进行渗透稳定性分 析 ，可 以为降水方案提供设计依据 ，指导降水的调控 和监测 。 (4)控制水力条件是 防治渗透破坏 的关键 ，在 正确分析基坑土体渗透变形特征 的基础上 ，设置合 理的降水 、止水和 回灌水系统 ，构筑恰 当的挡土 、 隔 水设施 以及规范施工 ，严密监测 ， 以保证基坑土体的 渗透稳定 。参 考 文 献[1]中华 人 民 共 和 国 水 利 部， 水 利 水 电 工 程 地 质 勘 察 规 范 (GB50287-99)[S]． 北京 ：中国建筑工业出版社 ，199 9 ． [2]李春忠． 渗流作用下基坑边坡稳定性研究 [硕 士学位论文 ] [D] ． 南京 ：南京工业大学 ，200 6 ． [3]李广信，周晓杰． 土的渗透破坏及其工程问题 [J].工程勘察， 2004 ，(5) ．[4] 李智毅，杨裕云， 工程地质学概论[M] ． 武汉 ：中国地质大学出版社 ，2002 ．[5] 刘 杰． 土的渗透稳定与渗流控制[M] ． 北京 ：水利电力出版社 ，1992 ．[6] 何 爽． 渗透变形理论在基坑降水中的应用 [硕士学位论文 ] [D]．武汉 ：中国 地质大学 ，200 8 ． 271. 22 41 39 18 43 21 4033Il本工程采用 了隔水支护措施 ，施工过程顺利 ，基坑土体稳定 ，无流土 、管涌等现象。 隔水帷幕不但起到了防水作用 ，也是提高基坑土体渗透稳定 的有效结构。基坑降水是地基加 固的有效方法 ，是保证基坑渗透稳定的关键措施 ， 是提 高工程质量 的重要 因素。51治沙先治水上挡下排具体方法应根据 当地地质 、 材料和其他条件合理选择。 结合渗透变形理论与大量 的工程实践 ，基坑渗透变形的防治主要有 以下几个方面 ：首先 ，认真研究土体的结构组成 、物理力学性质以及场地的水文地质条件 ，分析土体渗透变形 的特征判断土体渗透变形的可能性及其类型 ，预测可能发生的基坑稳定性 变化作为降水设计 和 施工 的重点 。其次 ，应设置合理 的降水 、止水和 回灌水 系统。在粉细砂层 中进行基坑开挖 ， 降水是关键。 由于土层 中的动水压力会改变土 的粒度成分 、破坏土粒结构 ，有可能引起渗透变形 ， 产生 土 体位移及边坡 失稳 ，宜采用井点降水 。第三 ，要构筑恰 当的挡土 、隔水设施 。 在粉细砂层 中选择支护结构方案时须充分考虑土层 的特性 ，在动水压力作用下易产生流土 、管涌 ，应选择截面抗第 四 ，规范施工 ，严密监测 。 水位的稳定关系到动水压力即渗透力 的稳定 ，所 以在解决基坑降水稳定问题时 ，要注意水位差值的变化 ，保证基坑土体的渗透稳定 。结论 (1) 土体渗透变形的类型可 以根据土粒级配曲线 、不均匀系数和土 中细粒含量等进行判别 ，后两个方法限制于粘粒含量不大于 5% 的粗粒土和渗流方向为 自下而上的情况 ， (2)验算临界水力梯度时应当注意分清渗流的状态以及土体的性质 ，非粘性土 与粘性土 的临界水力梯度计算值相差较大 ，会影响稳定性分析 的准确性 。 (3)基坑降水是提高基坑稳定性 的重要措施。应用渗透变形理论对基坑土体进行渗透稳定性分析 ，可 以为降水方案提供设计依据 ，指导降水的调控和监测 。 (4)控制水力条件是 防治渗透破坏 的关键 ，在正确分析基坑土体渗透变形特征 的基础上 ，设置合理的降水 、止水和 回 灌水系统 ，构筑恰 当的挡土 、 隔水设施 以及规范施工 ，严密监测 ， 以保证基坑土体的参考文献 [1] ( GB50287 99)[S]． 北京 ：中国建筑工业出版社 ，1999 ． 2004 ，(5) ． [4]李智毅，杨裕云， 工程地质学概论[M] ． 武汉 ：中国地质大学出版社 ，2002 ． [5]刘杰．土的渗透稳定与渗流控制[M] ． 北京 ：水利电力出版社 ，1992 ． [6]何爽．渗透变形理论在基坑降水中的应用 [硕士学位论文 ] 【文献来源】https://www.zhangqiaokeyan.com/academic-journal-cn_mineral-exploration_thesis/0201213751350.html 【相关文献】 1.基坑土体渗透稳定性的分析与防治 [J], 柳治富，曲洪军，何爽 2.基坑土体渗透稳定性分析与研究 [J], 李杰 3.酸化土体坡脚的排土场边坡稳定性研究 [J], 代永新，张春 4.综合管廊基坑边坡土体冻融对基坑稳定性的影响 [J], 霍俊晨，徐杨宝 5.基坑壁后土体脱空引起的围护结构稳定性监测与分析 [J], 杨安民，阳军生，王俊，王树英，张峥 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容