5.1.4 渗透变形的基本形式
水工建筑物及地基由于渗流作用而出现的变形或破坏称为渗透变形或渗透破坏,土的渗透变形表现形式有多种,如:流土、管涌、接触流土和接触冲刷等。对单一土层来说,则主要是流土和管涌。接触冲刷和接触流土多出现在多层结构地基中。
1.流土
流土是指在渗流作用下,出现局部土体隆起、顶穿或粗颗粒群同时浮动而流失的现象。前者多发生于表层由黏性土与其他细粒组成的土体或较均匀的粉细砂层中;后者多在不均匀的砂土层中。流砂多发生在颗粒级配均匀而细的粉、细砂中,有时在粉土中亦会发生,其表现形式是所有颗粒同时从一近似于管状通的道被渗透水流冲走,流砂发展的结果是使基础发生滑移或不均匀下沉、基坑坍塌、基础悬浮等。流土通常是由于工程活动而引起的,常发生在闸坝下游地基的渗流出逸处,而不发生于地基土壤内部。只要水力梯度达到一定的数值(大于临界水力梯度)任何类型的土都会发生,此时水流方向向上,流土破坏一般是突然发生的,发展速度很快,一经出现必须及时抢护,对工程危害很大。
2.管涌
管涌是指在渗透水流作用下,土体中细颗粒在粗颗粒所形成的孔隙通道中发生移动并被带出,逐渐形成管型通道,从而掏空地基或坝体,使地基发生倾斜变形、失稳的现象。管涌通常是由于工程活动而引起的,发生部位既可以是在有地下水出漏的斜坡、岸边或有地下水溢出的地带,也可以在土体内部。管涌多发生在有一定级配的无黏性土中,且土中粗颗粒构成的孔隙直径必须大于细颗粒直径,颗粒多由比重较小的矿物构成,易随水流移动,发生时水流无定向,管涌破坏一般有一个时间发展过程,是一种渐进性质的破坏。管涌临界水力梯度的计算尚未成熟,对于重大工程,应尽量由试验确定。自然界中(无工程活动的情况)在一定条件下同样会发生管涌破坏作用,为了与人类工程活动所引起的管涌相区别,通常称之为潜蚀。潜蚀作用有机械潜蚀和化学潜蚀两种。机械潜蚀是指渗流的机械力将细土粒冲走而形成洞穴;化学潜蚀是指水流溶解了土中的易溶盐或胶结物使土变松散,细土粒被水冲走而形成洞穴。这两种作用往往是同时存在的。(https://www.daowen.com)
3.接触流土
接触流土是指渗流在垂直于渗透系数相差较大的两相邻土层的接触面流动时,将渗透系数较小的土层中的细颗粒带入渗透系数较大的另一土层的现象。
4.接触管涌
接触管涌是指渗流沿着两种不同土层的接触面流动时,沿层面带走细颗粒的现象。