1. 渗透破坏的类型

土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破坏（或渗透变形）。渗透破坏是土工建筑物发生破坏的常见类型。根据破坏机制，渗透破坏有四种基本类型：流土、管涌 、接触流失、接触冲刷。

1）流土

在上升流作用下，动水压力超过土重度时，土体的表面隆起、浮动或某一颗粒群的同时起动而流失的现象称为流土。流土主要发生在渗流出口无任何保护的部位。流土可使土体完全丧失强度，危及建筑物的安全。

2）管涌

在渗流作用下，土体中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中流失的现象称为管涌。主要发生在内部结构下稳定的砂砾石层中。

图2-10 流土

图2-11 管涌

表1 流土与管涌的区别

区别	流土	管涌
现象	土体局部范围的颗粒同时发生移动	土体内细颗粒通过粗粒形成的孔隙通道移动
位置	只发生在水流渗出的表层	可发生于土体内部和渗流溢出处
土类	只要渗透力足够大，可发生在任何土中	一般发生在特定级配的无粘性土或分散性粘土
历时	破坏过程短	破坏过程相对较长
后果	导致下游坡面局部滑动等	导致结构发生塌陷

3）接触流失

在土层分层较分明且渗透系数差别很大的两土层中，当渗流垂直于层面运动时，将细粒层（渗透系数小）的细颗粒带入粗粒层（渗透系数较大层）的现象称为接触流失。包括接触管涌和接触流土两种类型。

4）接触冲刷

渗流沿着两种不同粒径组成的土层层面发生带走细颗粒的现象。在自然界中，沿两种介质界面诸如建筑物与地基、土坝与涵管等接触面流动促成的冲刷，均属此破坏类型。

2. 渗透破坏产生的条件

根据渗透破坏的机理，可将产生渗透变形的条件分为两种类型：一种是动水压力和土体结构，它们是产生渗透变形的必要条件；另一种则是地质条件和工程因素，称为充分条件。只有当土具备充分必要条件时，才发生渗透破坏。

1）渗透力

地下水在松散介质的孔隙中流动，土粒与水流相互包围。由于水流流线间及水流与土粒间的摩阻力作用而产生一定的水头损失，水头降低，故每一土粒在水头差作用下，承受来自水流的作用力——渗透力，也称动水压力。渗透力为体积力 。

取微单元体分析，设渗透水由下往上流经的长度和断面面积分别为dl和dω，上下界面的水头差为dh，则单元土体承受的总渗透压力dp为

dp=ywdhdw

将渗透力作用分解在土体的单位体积上，称为动水压力D

2）临界水力梯度

动水压力的作用方向与渗流流向一致。一般取γw为10kN/m3，单元土体的浮重度为γ’，则其水下重量dQ为

dQ=ywdldw

当dp=dQ时，单元土体发生流土，此时的水力坡度称为流土型临界水力坡度，用Icr表示。其计算公式为

由土的物理性质指标之间的关系， γ’=（Gs-1）（1-n），有

Icr =（Gs-1）（1-n）/ γw （太沙基渗流公式）

式中：Gs为土粒比重

n为土的空隙率

由上式可知，土粒密度愈大，孔隙度越小，临界水力坡度越大，土体越不易发生渗透变形。上式中未考虑土体本身强度的影响，故实测的Icr往往比公式计算的要大，尤其当土的结构较紧密和粘粒含量较多时更是如此。为此，札马林提出了修正的公式：

我国水利系统在考虑土的抗剪强度的基础上，提出了坝（闸）后地下水逸出段发生流土的临界水力坡降计算公式为：

式中：C、 为土的内聚力和内摩擦角

ρ为土侧压力系数

管涌土的水动力条件较为复杂，一般采用直接试验法确定临界水力坡降，《水利水电工程地质勘察规范》（GB50487－2008）规定发生管涌的临界水力坡降可采用下式计算：

式中：d5、d20分别占总土重的5％和20％的土粒粒径（mm）

3）土的抗渗强度

土体抗渗强度是评价土体和水工建筑物渗透稳定的主要依据，一般指土体抵抗渗透破坏的能力。土体抗渗强度的大小主要受土中颗粒级配及细粒物质的含量的影响。

①粗细粒径的比例

土体易于发生管涌的粗细粒径比例为D/d＞20。土越疏松，细颗粒物质在孔隙中随渗流运动越容易。

②细颗粒的含量

当细颗粒含量大于35％时，渗透破坏类型为流土型；当细颗粒含量小于25％时，则为管涌型；当细颗粒含量在25％～35％之间时，流土和管涌均可能发生，且主要取决于碎石土的密实程度及细颗粒的组成，相对密度Dr＞0.33、细颗粒不均匀系数较小的砾石类，一般发生流土，反之则为管涌。此外，细颗粒成分中粘粒含量增加可增大土的内聚力，从而增大土体的抗渗强度。

③土的颗粒级配

当Cu＜10时，渗透变形的主要形式为流土；

当Cu＞20时，主要形式为管涌；当Cu在10～20之间时，流土和管涌均可能发生。

4）地质条件

①地层分布特征

地层分布特征对渗透变形的影响主要表现在坝基下。单一的砂砾石层，以管涌型渗透变形为主。对于双层及多层结构的土层，渗透变形取决于表层粘性土的性质、厚度和分布范围。若黏性土层厚且分布范围大，尽管下卧砂砾石层的水力梯度大，也不易发生渗透变形。

②地形地貌条件

沟谷深切影响了渗流的补给条件，尤其是坝基上、下游的沟谷将表土层切穿，则有利于渗流的补给，并使渗径短而增大水力梯度；若下游地下水逸出段的渗流出口具有临空条件，则有利于渗透变形的发生。另外，在古河道及洪积平原前较近部位修筑水工建筑物时，应特别注意渗透变形的可能性及其类型。

5）工程因素

工程因素对渗透变形的影响主要包括大坝和汲水井的渗流出口条件、库水位骤降、施工破坏透水层及建筑物底面轮廓等。如我国发生的几起土石坝渗透变形及溃坝事件，与渗流出口部位未加保护都有很大的关系。深基坑开挖时，由于破坏了隔水层而造成基坑坑壁坍塌等，也属于工程因素造成渗透破坏类型。

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知识点：渗透破坏的类型