坝基渗透变形基本信息

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)=d/d（d、d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d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d比值小于或等于3时,可按单层土体结构来考虑（d为土粒粒径，小于该粒径的土重占总土重的20%）。

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。2100433B

坝基变形

deformation of dam foundation

坝基岩土体在坝体自重和各种荷载组合作用下产生的垂直和水平变位及角变位。其中垂直变位即沉陷最常发生，主要是由于岩土体中的孔隙或裂隙被压缩所致。除软弱或具有碎裂结构的岩体外，坝基岩体的沉陷量一般很小，而且都在其弹性限度以内，所以影响不大。但由于建在岩基上的混凝土坝大多数具有较大的刚性，对不均匀沉陷非常敏感。特别是拱坝，坝基或坝肩范围内岩体变形的局部差异，都可能改变坝体应力条件，而最终导致坝的整体破坏。

以往，人们总是认为渗透变形的发生和发展是难以预测的。这种认识的产生是基于对地质条件、土体结构缺乏足够了解，是由于历史、经济、技术和思想等方面的原因造成的。因此误认为堤坝渗透破坏是随机发生的。因而面对洪水来袭，惯用的方法常常是采用“人海战术”，一味对堤防采用拉网式的排查，严防死守，这种方法不但耗时耗力、劳民伤财，而且效果不如人意。随着人们认识水平的不断提高，对于渗透变形发生的前提条件及其发展过程等已经具备了一定认识，基本了解了它的发生和演变规律。例如：发生在堤基的松散层，渗漏部位埋深较浅，比较容易被人们探测确定，对它的认识比较深刻。对于主要受堤基深部基岩裂隙、溶蚀、断层、强风化带等渗流通道的影响，堤基渗流位置埋深大，检测难度高，且具有一定的隐蔽性，对它的危害性认识尚比较肤浅。

实际工程中的渗透变形位置不仅会发生在堤身、堤脚，也会发生在堤内和堤基。堤内发生的部位甚至可距离堤几百米远，如荆江大堤1987年发生在观音寺堤段的管涌就距离堤脚400多米，这类渗透变形由于位置距离堤坝较远，在巡查检测过程中经常会被巡检人员所忽视而留下事故隐患；而发生在堤基下的渗透变形由于产生于堤基深部，更加不易为人们及时发现和妥善处理，具有相当的隐蔽性。这种源自堤基深层的渗透变形对于堤防安全的不良影响必须引起足够重视。

研究表明，岩土体的裂隙、变形和渗透性之间有着密切的联系，在所有渗透变形的影响因素中，只有清楚地知道岩土体的渗透性质才能够对堤坝的其它运行条件做出更好的设计，因此岩土体渗透性质的研究是岩土工程渗流理论中极其重要的一环。

坝基岩体的不均匀沉陷往往由于岩体中存在下列不利地质因素引起：①由于岩相变化、岩浆岩侵入或断层错动引起的岩性突变或岩体本身的不均匀性；②岩体的不均匀风化，如局部的深风化槽、风化囊和风化夹层的存在；③卸荷裂隙发育的不均一性；④存在断层或剪切破碎带；⑤层理、节理或劈理发育带或产状的局部变化；⑥岩溶洞穴的存在；⑦存在可能发生机械或化学管涌的岩层或夹层等。

反映岩土体变形特性的物理参数是变形模量和泊桑比。一般新鲜、完整的坚硬岩石构成的岩体的变形模量在10000MPa以上，而软弱岩体则大多在2000MPa以下,第四纪沉积物组成的地基的变形模量一般自数十到数兆帕之间变化。因此，对后两类地基，特别是软粘土地基的沉陷变形问题不容忽视。设计时需要进行沉陷计算，并将坝基沉陷量限制在允许范围以内。评价时，首先要求查明坝基的地质条件，进行坝基岩土体的工程地质分类，选择代表性地点进行原位岩体变形试验或取原状样进行土的室内压缩试验。然后，结合岩土体结构特点，分别给出各类岩土体变形特性综合指标。对大的断层破碎带，也应作为单独的岩体类型，直接测定其变形模量。 2100433B