文档介绍：第2章岩体的渗透特性
华北水利水电学院岩土工程系
岩石力学课程组
水在岩土体孔隙中的流动过程称为渗透。岩土体具有渗透的性质称为岩土体的渗透性。
概述
第2章岩体的渗透特性
由水的渗透引起岩土体边坡失稳、边坡变形、地基变形、岩溶渗透塌陷等均属于岩土体的渗透稳定问题。水在孔隙介质中的渗透问题,目前的研究在试验及理论上都有一定的水平,在解决实际问题方面也能够较好地反映土在孔隙介质中的渗流的运动规律。
在一定的水力梯度或压力作用下,岩石能被水透过的性质,称为透水性。对孔隙介质岩体,一般认为,水在岩石中的流动,如同水在土中流动一样,也服从于线性渗流规律——达西定律;
渗透系数是表征岩石透水性的重要指标,其大小取决于岩石中空隙、裂隙的数量、规模及连通情况等,并可在室内根据达西定律测定。
岩石的渗透性一般都很小,远小于相应岩体的透水性,新鲜致密岩石的渗透系数一般均小于10-7cm/s量级。
同一种岩石,有裂隙发育时,渗透系数急剧增大,一般比新鲜岩石大4~6个数量级,甚至更大,说明空隙性对岩石透水性的影响是很大的
岩石的透水性:
岩土体的渗透性
岩体的渗透性是一个复杂的问题,根据目前的研究,岩体的渗流大体可划分为准均匀介质渗流、裂隙性介质渗流和岩溶性介质渗流三种。
(1)准均匀介质渗流: 属于这一类型的有全、强风化带及弱风化带的中上部的多孔隙砂岩。在该渗流场中,达西定律基本上适用;
(2)  裂隙性介质渗流:裂隙性介质渗流是岩体渗流的基本形式,水的渗流主要受裂隙的类型、裂隙的大小、裂隙的产状及裂隙充填情况所控制。
岩体的渗透性:
岩土体的渗透性
(3)岩溶介质渗流:岩溶介质渗流是岩体渗流最复杂的一种形式,由于受岩溶的发育规律所控制,岩溶的渗流具有间歇性、隐伏性、封闭性和地下水系等特点。
岩溶介质渗流的复杂性主要表现在以下三个方面:
①多循环系统共存这是岩溶介质渗流最突出的特点之一。如一个泉眼可能是一个循环系统的排泄点,也可能是几个循环系统的排泄点。同时,单个系统在空间上可以相互交叉。
②裂隙性渗流与管道型渗流共存。
③多种渗流特征参数共存。
岩体的渗透性:
岩土体的渗透性
《水利水电工程地质勘察规范》(GB50287-99)规定,岩土渗透性可按表2-3分级。
岩土渗透性分级:
岩土体的渗透性
渗透性等级
标准
岩体特征
土类
渗透系数k
(cm/s)
透水率q
(Lu)
极微透水
K<10-6
q<
完整岩石,含等价开度<
粘土
微透水
10-6≤K<10-5
≤q<1
~
粘土-粉土
弱透水
10-5≤K<10-4
1≤q<10
~
粉土-细粒土质砂
中等透水
10-4≤K<10-2
10≤q<100
~
砂―砂砾
强透水
10-2≤K<100
q≤100
~
砂砾-砾石、卵石
极强透水
K≤10-5
q≤100
含连通孔洞或等价开度>
粒径均匀的巨砾
坝基下的渗透水流,使岩土体中的某些颗粒移动或颗粒成分、结构发生改变的现象称为渗透变形或渗透破坏。渗透变形对土石坝稳定影响极大,
据美国发表的资料,在破坏的土石坝中,有40%是由于坝基或坝体土的渗透变形所造成。
我国对有问题的土石坝的调查发现其中由渗透变形所引起者竟达60%。四川陈仓水库条石拱坝的实事便是一例。该坝由于清基不彻底,在三号拱基下发生渗透变形,不仅把红色风化泥岩裂隙中的粘土冲蚀,而且把泥岩也冲蚀了7m深,连同被冲蚀的坝身成为一个高13m,宽8m的冲蚀洞。
坝基渗透变形的主要类型是管涌和流土。
坝基下的渗透:
坝基渗透稳定性分析
在工程地质勘测的基础上坝基渗透稳定性的分析步骤如下:
(1)在宏观第四纪地层结构分析或软弱夹层研究的基础上,进行坝基渗透变形特征的分段。
(2)根据岩性和颗粒分析以及物理分析试验资料,对各地段进行渗透变形类型的预测。
(3)确定坝基各点的实际水力坡降。确定方法有理论计算法、流网法、水电比拟法和观察法等。初步判定可用计算法。
双层结构且透水层厚度稳定,坝下溢出平均水力坡度为:
坝基渗透稳定性分析
(4)确定临界水力坡降。确定临界水力坡降有计算法、试验法和经验数值法。
①计算法,临界水力坡降可用式(2-7)计算。
②试验法确定临界水力坡降的试验法有室内试验和现场试验。室内试验多在透明的有机玻璃渗透仪或水槽中进行(图2-8和图2-9)。
坝基渗透稳定性分析
现场渗透