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
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
第2章岩体的渗透特性 2.1概述 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 浸润线 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
▪ 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。 ➢ 2.1 概述 第2章 岩体的渗透特性 下游 上游 浸润线 流线 等势线 H h l (a) (b) ▪ 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
2.2岩土体的渗透性 岩石的透水性: 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107cm/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
▪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： 2.2 岩土体的渗透性
2.2岩土体的渗透性 岩体的渗透性: 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： 2.2 岩土体的渗透性
2.2岩土体的渗透性 岩体的渗透性: (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
▪(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： 2.2 岩土体的渗透性
2.2岩土体的渗透性 岩土渗透性分级 《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。 渗透性等级 岩体特征 土类 渗透系数k 透水率q 极微透水 2.5mm裂隙的岩体 粒径均匀的巨砾
▪《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： 2.2 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 K2.5mm裂隙的岩体 粒径均匀的巨砾
2.3坝基渗透稳定性分析 坝基下的渗透: 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竞达60%。四 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： 2.3 坝基渗透稳定性分析
2.3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 I=(H- H2)/2M,+L(K,M/K2M2)
▪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： 2.3 坝基渗透稳定性分析 2 ] 0 5 1 2 1 1 1 2 2 . I = (H -H )/[ M + L(K M /K M )
2.3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)
▪（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）。 2.3 坝基渗透稳定性分析
2.3坝基渗透稳定性分析 现场渗透变形试验对于砂砾石土类有堤坝式、围堰式、现场试件式 等,以堤坝式较好。 如坝基下不深处有粘土隔水层,则可 日注减观 1粘 订测 使隔水墙嵌入粘土层,将试验砂砾层 00200 全部封闭起来(图2-10)。如粘土层 很深,可用半封闭或不封闭堤坝式 (隔水墙深为设计水头的1/2)。试 验坝的底宽和长度分别为设计坝的 0) 1/100和1/200
▪现场渗透变形试验对于砂砾石土类有堤坝式、围堰式、现场试件式 等，以堤坝式较好。 2.3 坝基渗透稳定性分析 如坝基下不深处有粘土隔水层，则可 使隔水墙嵌入粘土层，将试验砂砾层 全部封闭起来（图2-10）。如粘土层 很深，可用半封闭或不封闭堤坝式 （隔水墙深为设计水头的1/2）。试 验坝的底宽和长度分别为设计坝的 1/100和1/200