附录G 土的渗透变形判别

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水利水电工程地质勘察规范 GB50487-2008

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G.0.1 土的渗透变形特征应根据土的颗粒组成、密度和结构状态等因素综合分析确定。
    1 土的渗透变形宜分为流土、管涌、接触冲刷和接触流失四种类型。
    2 黏性土的渗透变形主要是流土和接触流失两种类型。
    3 对于重要工程或不易判别渗透变形类型的土，应通过渗透变形试验确定。
G.0.2 土的渗透变形判别应包括下列内容：
    1 判别土的渗透变型类型。
    2 确定流土、管涌的临界水力比降。
    3 确定土的允许水力比降。
G.0.3 土的不均匀系数应采用下式计算：

式中 C_u——土的不均匀系数；
     d₆₀——小于该粒径的含量占总土重60％的颗粒粒径(mm)；
     d₁₀——小于该粒径的含量占总土重10％的颗粒粒径(mm)。
G.0.4 细颗粒含量的确定应符合下列规定：
    1 级配不连续的土：颗粒大小分布曲线上至少有一个以上粒组的颗粒含量小于或等于3％的土，称为级配不连续的土。以上述粒组在颗粒大小分布曲线上形成的平缓段的最大粒径和最小粒径的平均值或最小粒径作为粗、细颗粒的区分粒径d，相应于该粒径的颗粒含量为细颗粒含量P。
    2 级配连续的土：粗、细颗粒的区分粒径为

式中 d₇₀——小于该粒径的含量占总土重70％的颗粒粒径(mm)。

G.0.5 无黏性土渗透变形类型的判别可采用以下方法：
    1 不均匀系数小于等于5的土可判为流土。
    2 对于不均匀系数大于5的土可采用下列判别方法：
        1)流土：

2)过渡型取决于土的密度、粒级和形状：

3)管涌：

3 接触冲刷宜采用下列方法判别：
对双层结构地基，当两层土的不均匀系数均等于或小于10，且符合下式规定的条件时，不会发生接触冲刷。

式中 D₁₀、d₁₀——分别代表较粗和较细一层土的颗粒粒径(mm)，小于该粒径的土重占总土重的10％。
    4 接触流失宜采用下列方法判别：
    对于渗流向上的情况，符合下列条件将不会发生接触流失。
        1)不均匀系数等于或小于5的土层：

式中 D₁₅——较粗一层土的颗粒粒径(mm)，小于该粒径的土重占总土重的15％；
d₈₅——较细一层土的颗粒粒径(mm)，小于该粒径的土重占总土重的85％。
2)不均匀系数等于或小于10的土层：

式中 D₂₀——较粗一层土的颗粒粒径(mm)，小于该粒径的土重占总土重的20％；
d₇₀——较细一层土的颗粒粒径(mm)，小于该粒径的土重占总土重的70％。

G.0.6 流土与管涌的临界水力比降宜采用下列方法确定：
1 流土型宜采用下式计算：

式中 J_cr——土的临界水力比降；
     G_s——土粒比重；
     n——土的孔隙率(以小数计)。
    2 管涌型或过渡型可采用下式计算：

式中 d₅、d₂₀——分别为小于该粒径的含量占总土重的5％和20％的颗粒粒径(mm)。
3 管涌型也可采用下式计算：

式中 K——土的渗透系数(cm/s)；
     d₃——小于该粒径的含量占总土重3％的颗粒粒径(mm)。

G.0.7 无黏性土的允许比降宜采用下列方法确定：
    1 以土的临界水力比降除以1.5～2.0的安全系数；当渗透稳定对水工建筑物的危害较大时，取2的安全系数；对于特别重要的工程也可用2.5的安全系数。
    2 无试验资料时，可根据表G.0.7选用经验值。

表G.0.7 无黏性土允许水力比降

条文说明

G.0.1 土体在渗流作用下发生破坏，由于土体颗粒级配和土体结构的不同，存在流土、管涌、接触冲刷和接触流失四种破坏形式。
    流土：在上升的渗流作用下局部土体表面的隆起、顶穿，或者粗细颗粒群同时浮动而流失称为流土。前者多发生于表层为黏性土与其他细粒土组成的土体或较均匀的粉细砂层中，后者多发生在不均匀的砂土层中。
    管涌：土体中的细颗粒在渗流作用下，由骨架孔隙通道流失称为管涌，主要发生在砂砾石地基中。
    接触冲刷：当渗流沿着两种渗透系数不同的土层接触面，或建筑物与地基的接触面流动时，沿接触面带走细颗粒称接触冲刷。
    接触流失：在层次分明、渗透系数相差悬殊的两土层中，当渗流垂直于层面将渗透系数小的一层中的细颗粒带到渗透系数大的一层中的现象称为接触流失。
    前两种类型主要出现在单一土层中，后两种类型多出现在多层结构土层中。除分散性黏性土外，黏性土的渗透变形形式主要是流土。本附录土的渗透变形判定主要适用于天然地基。
G.0.4 由多种粒径组成的天然不均匀土层，可视为由粗、细两部分组成，粗粒为骨架，细粒为填料，混合料的渗流特性决定于占质量30％的细粒的渗透性质，因此对土的孔隙大小起决定作用的是细粒。
    最优细粒含量是判别渗透破坏形式的标准。粗粒孔隙全被细粒料充满时的细料颗粒含量为最优细粒含量，相应级配称为最优级配。最优细粒含量由式(1)确定。

式中 Pcp——最优细粒颗粒含量(％)；
     n——孔隙率(％)。
    试验和计算结果均证明，最优级配时的细粒颗粒含量变化于30％左右的范围内。从实用观点出发，可以认为细粒颗粒含量等于30％是细料开始参与骨架作用的界限值。当细粒颗粒含量小于30％时，填不满粗粒的孔隙，因此对渗透系数起控制作用的是粗粒的渗透性；当细粒颗粒含量大于30％时，混合料的孔隙开始与细粒发生密切关系。
    将许多级配不连续土的渗透稳定试验结果，根据破坏水力比降与细粒颗粒含量的关系绘成曲线，可得图1的形式，图中当P时破坏水力比降很小，仅变化于0.1～0.25之间，破坏水力比降不随细粒颗粒含量的变化而变化。这表明当P＜25％时，各种混合料中的细粒均处于不稳定状态，渗透破坏都是管涌的一种形式。当P＞35％时，破坏水力比降的变化随细粒颗粒含量的增大而缓慢增加，其值接近或大于理论计算的流土比降。这表明细粒土全部填满了粗粒孔隙，渗透破坏形式变为流土型。图1从渗透稳定试验方面进一步证明了最优细粒颗粒含量的理论是正确的，而且阐明了P＞25％以后，细粒开始逐渐受约束，直到P＞35％时细粒和粗粒之间完全形成了统一的整体。对于级配连续的土，同样可用细粒颗粒含量作为渗透破坏形式的判别标准，关键问题是细粒区分粒径问题，可用几何平均粒径

作为区分粒径，有一定的可靠性。
原规范中第M.0.2条第1款中流土和管涌的判别式(M.0.2-1)和式(M.0.2-2)在实际应用中存在一定的不确定性，目前也无更确切的表述，为避免错判，本次修订予以删除。

图1 破坏水力比降与细颗粒含量关系曲线

G.0.6 土的级配和土的孔隙率对临界水力比降的影响明显，本附录针对上述情况，分别列出几种通用的临界水力比降计算方法，可根据土层的地质条件选择或进行综合比较。对于重要的大型工程或地层结构复杂的地基土的临界水力比降和允许水力比降应通过专门试验确定。
    流土的临界水力比降计算式(G.0.6-1)对无黏性土比较合适，而对黏性土或泥化夹层等不适用。
    室内大量试验显示，对于管涌型渗透破坏，从出现颗粒流失到土体塌落往往有一个较长的过程。有人将开始出现颗粒流失的水力比降称为启动比降或起始比降；之后，随着水力比降增大，每次均有一定的颗粒流失，但当水力比降稳定后，水流也会逐渐变得清晰，土体骨架并不发生破坏；直到水力比降达到某个较大的值(即破坏比降)，颗粒流失才会不断发生，并最终导致土体塌落。因而这一类型的临界比降有一个较大的区间，实际应用时可根据工程的重要性等选取合适的临界值。
    考虑当前土的渗透系数测试方法的规范化和普遍性，无需通过土的其他物性试验结果来近似推算土的渗透系数，避免测试误差的传递，本次修订将原规范第M.0.3条中第4款渗透系数的近似计算公式K＝6.3Cu-3/8d220删除。

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