如何区分流土和管涌?

已邀请:

LYH

赞同来自:

渗透破坏(seepage failure)通常叫渗透变形(seepage deformation) ,也有称为渗透失稳(instability due to seepage)。笔者查阅了国内外许多资料,发现关于渗透破坏的概念,国内外岩土工程界的认识和表述有很大差异。

比较普遍的认识是土中渗透破坏有两种基本的形式,即流土和管涌。所谓流土是在向上的渗透水流作用下,表层一定范围的土体或颗粒同时悬浮、移动的现象。所谓管涌是指在渗透水流作用下,土中细颗粒在粗颗粒形成的孔隙通道中移动、流失的现象。

关于流土,我国土力学界的叙述比较统一。各种大专院校的《土力学》教材中所述基本一致 。这里应当明确的是:

(1)流土时的渗流方向是向上的;

(2) 流土一般发生在地表,也可能发生在两层土之间;

(3) 不管黏性土还是粗粒士都可能发生流土。

其中发生在坡上的有渗流情况下的破坏一般属于边坡抗滑稳定,但是在缓坡情况,水向上渗流时,可能较难区分是渗透稳定还是抗滑稳定。

关于管涌国内外的定义也都较为一致:

(1)它是沿着渗流方向发生的(不一定向上)。

(2)是粗细颗粒间的相对运动。

(3) 就一层土来讲,黏性土不会发生管涌现象。

(4) 管涌发生后有两种后果:一种是继细粒土被带走后,粗粒土也被渗流移动和带走,最后导致渐进破坏;另一种是细粒土被带走,粗粒土形成的骨架尚能支持,渗漏量加大但不一定随即发生破坏。发生在两层土之间的管涌,是细粒土被渗透水流携带通过粗粒土层的孔隙而带走。

流土这一名词在英文中似乎没有一种准确的译法。我国《岩土工程基本术语标准))(GB/T 50279一98) 中译为"soil flow" 。英文文献中对应的名词很多,如:砂沸(boiling) ,流沙(flowing sand 、quick-sand),管涌(piping) 。这些说法应当说都是针对砂土的,其中"砂沸"最为形象。笔者早年曾在松花江滩进行沉井施工,一次突然停电,井点失效,井底地下水挟砂汹涌而起,突泉无数,状如沸水,用6m长的竹竿捅到底,竟无阻力。由于这种"液体"密度及浮力很大,人并不下沉,但十分凶险。对于这种现象,流沙(quick sand, flowing sand) 的提法不够准确,而管涌(piping) 则显然是概念错误。美国《基础工程师手册》(Foundation Engineering Hand book)对于管涌的说法较为准确。

当在粗细两层间发生沿层间渗流时,土颗粒可能从层间被带走,称为接触冲刷。

我国的工程地质界经常将砂土的流土叫流沙,而将带土的流土叫突涌。其中流沙的叫法不准确,流沙的内涵较广,包括砂土坡的失稳流动等现象;将指黏性土的流土称为"突涌"也是可以的。但其实对于流土不必分什么土,其原理都很明晰。从两种角度分析,分析的结果都一样。在图中的向上渗流情况下,如果用总应力分析,取土体单元(土骨架十孔隙水)为隔离体考虑其平衡。

blob.png

土体自重lAγ( 向下) ,上下总水压力差P=(h 十l) γwA( 向上) ,当其处于悬浮状态(流土)时

blob.png

而这时土中渗流的水力梯度(水力坡降)

blob.png

这一水力梯度就是流土的临界水力梯度。

如果取土颗粒组成的同样体积的"土骨架"作隔离体,则其在水中扣除浮力以后的自重为lAγ'( 向下) ,向上渗流作用在骨架上的总渗透力为J=jV=iγwAl ( 向上)。处于临界状态时有

blob.png

可见在土中稳定渗流的情况下,不管是黏性土还是砂土,二者的流土机理和准则是完全相同的。

黏性土的"突涌"可以有更广泛的含义,例如图1中承压水上部的土层可以是不透水层(例如可以隔一层塑料膜) ,也可以是粘土层上设置砂卵石压重。只要扬压力等于上部总自重,都可以成为突涌。


要回答问题请先登录注册