土体渗透破坏对深基坑开挖的影响

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土体渗透破坏是深基坑开挖过程中常见的工程问题，对基坑的稳定性及周边环境安全有重要影响。在深基坑开挖中，地下水的存在会改变土体的有效应力分布，若地下水渗流作用过强，可能导致土体发生渗透破坏，如管涌、流砂等现象，从而威胁基坑的安全。

渗透破坏的发生主要与土体的渗透性、水力梯度以及土颗粒组成有关。当水力梯度超过土体的临界值时，细小颗粒可能被水流带走，形成渗透通道，导致土体结构逐渐丧失稳定性。对于深基坑而言，这种破坏可能引发边坡失稳、底板隆起或支护结构变形等问题，甚至造成基坑坍塌。

为减少渗透破坏对深基坑开挖的影响，通常采取以下措施：（1）降低地下水位，通过降水井或排水沟等方式减小水力梯度；（2）优化支护设计，采用止水帷幕或隔水墙增强基坑的防水性能；（3）加强监测，实时掌握地下水位和土体变形情况，及时调整施工方案。

综上，土体渗透破坏是深基坑工程施工中的关键风险因素之一，合理控制地下水渗流和提高土体抗渗能力是确保基坑安全的重要手段。这不仅关系到工程本身的成败，还直接影响周边建筑物和地下设施的安全。因此，在深基坑开挖中应充分重视渗透破坏的风险评估与防控措施。

渗透变形破坏主要形式有流砂（土）和管涌两类：管涌定 义为细颗粒在渗流作用下沿着骨架颗粒孔隙通道的移动或 流失，发生管涌的土体其颗粒大小比值差别较大，磨圆度较 好.孔隙直径大而互相连通：流土定义为局部土体或颗粒群 体被渗流冲动流失，流砂多发生在颗粒级配均匀而细的粉、 细砂中，流砂的破坏一般是突然发生的。 近年来渗透破坏类型的判断紧密结合级配曲线和密实 性的研究。前苏联学者在区分土体是否为管涌土方面作了 很多的试验工作与理论研究，其中比较具有代表性的是

Istomina提出的不均系数判断指标C，认为C<10时是流 土、C>20时是管涌。毛昶熙[在总结前苏联学者判定方 法的基础上，结合大量室内试验得出填料的最大粒径d法 则：

dr=1.3√ dgs*d

根据该式确定最大填料粒径d，在颗粒级配曲线上查 得相应的重量百分数P代入下式进行管涌土的判定

判断土体达到渗透变形破坏多采用临界水力梯度分析 法，Terzaghi做板围堰防渗砂模型试验时，把下游土体砂面 被渗流水头顶起浮动的现象称为管涌（这里管涌代表地基土 的渗透变形），并基于土体中垂向力的平衡分析，提出了著名 的渗流临界坡降计算公式：

式中.G.为土粒比重

按照流砂的定义，太沙基的临界坡降公式适用于流砂破 坏类型。当土体发生流砂破坏时，土体在动水头的作用下 有效应力减小为零，土体液化，其强度与刚度均减小为零。 毛昶熙通过对管涌通道内颗粒的运动规律研究，认为 管涌临界坡降的计算公式为：

当土体发生管涌破坏时，随着颗粒的流失，土体结构逐 渐被破坏，土体力学性能是一个渐变的过程。目前对管涌发 生、发展过程中土体力学性能的研究尚不成熟，刘忠玉通 过对颗粒的运动规律研究，给出了管涌发展过程中土体渗透 系数的计算公式。

1.3分析模型参数的确定

基坑开挖过程中，土体应力路径较为复杂，坑外土体属 于水平卸荷问题，坑内土体属于竖向卸荷问题。众多试验结 果表明，应力路径对土性的影响非常显著，因此，确定土体弹 性模量需要考虑应力路径的影响。应力路径试验得到的土

体初始切线模量可统一表示为[： E=No (5) 式中入为应力路径系数：0，为前期固结压力。 杭州地区软土的应力路径试验结果为：水平卸荷应 力路径系数入=55～65；竖向卸荷引起的水平向应力路径系 数入=350~750。

土体渗透破坏的基坑工程实例

某场地土以砂质粉土为主，属于中软场地，土层总体特 征是：高含水量和大孔隙比、高压缩性、低强度.粉土、砂土透

土方开挖过程中，发现编号273#、274#的两桩之间咬 合不好。开挖至第三道支撑附近时（深度为8m），两桩咬合 量不足5cm，桩间夹泥并有少量渗漏。实测两桩垂直度相差 12.1%g推算基坑底两桩开叉将达到15cm（如图1所示）

从图1中可以看出，虽然采用了旋喷桩进行加固，但加 固深度未达到层淤泥质粉质粘土层，旋喷桩底部与③层不 透水层之间尚存在1m高左右的渗漏区域。在进行基底的 清理，作浇灌垫层混凝土准备时，咬合桩附近基底处往外涌 水，坑底土体渗透破坏，大量泥砂随水一起涌入基坑，并立即 引起周边环境的急剧恶化。

平支撑体系为弹性材料，将条形基坑简化平面应变模型。土 体力学参数指标如表1所示，围护结构采用钻孔咬合桩，墙 背很粗糙、排水良好，取墙侧摩擦角折减系数R=0.7。 在淤泥质粉质粘土隔水层与旋喷桩加固区域之间留有 高1.0m的渗漏缝。坑底与不透水层之间的土体划分为两个

区域，在未发生渗透破坏之前，两个区域的土体完全一致；发 生渗透破坏以后，靠近渗漏点的坑底土体为流砂渗透破坏区 域，土体强度与刚度均减小为零，区域宽度视渗流计算结果 而定。

围护结构的水平变形实测值与计算结果如图3所示，从 图3中可以看出：当渗漏点附近的土体渗透破坏以后，渗漏 侧坑外水位突降，非渗漏侧的水位保持不变，渗漏侧与非渗 漏侧存在较大的水压力差，在不平衡水压力作用下，渗漏侧 墙体位移朝坑外发展，非渗漏侧墙体位移朝坑内发展。同 时，渗漏侧坑外渗透破坏，土体涌入坑内，更加剧了这种倾斜 变形。图3中墙体位移实测值要略小于计算值，这是由于测 斜管并不完全位于渗漏点处

现场实测结果表明，在砂土和粉土地区，咬合桩咬合不 好，导致坑底土体渗透破坏，将严重威胁基坑工程的稳定性 并会立即引起周边环境的急剧恶化。 根据颗粒级配的判定法，确定了杭州地区粉砂土场地中 深基坑工程实例的渗透破坏类型，确定了临界水力坡降，并 通过室内应力路径试验确定了有限元数值模型的参数。 比较实测结果与有限元数值模拟结果可以看出，本文分 析方法能够很好地预报止水结构存在渗漏情况，同时也能很 好地分析土体发生渗透破坏对围护结构与周围环境的影响， 为预防基坑开挖渗漏提供了理论依据

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