基本介紹
- 中文名：臨界水力梯度
- 外文名：critical hydraulic gradient
- 學科：建築工程
- 定義：瀕臨滲透破壞時的水力梯度
- 有關術語：水力梯度
- 破壞：管涌
簡介,管涌,滲透係數,土體裂縫注漿防滲的臨界水力梯度,
簡介
地下水在運動過程中要克服摩擦阻力，不斷消耗機械能，產生水頭損失，沿流線方向水頭損失最大，水頭值下降最快，水頭線永遠是一條下降的曲線，水頭線上某點的曲率，即為該點的水力梯度。或者說水力梯度就是沿地下水流方向上單位滲透途徑上的水頭損失。臨界水力梯度是指瀕臨滲透破壞時的水力梯度。可以用以下公式計算：
其中，
是土的飽和重度，
是水的重度。
管涌
管涌是江河大堤在汛期的常見險情之一。滲透水流引起局部破壞叫作滲透侵蝕破壞，管涌是滲透侵蝕破壞的形式之一。管涌，其嚴格的術語定義是指在滲流作用下，無粘性土中的細小顆粒通過粗大顆粒的孔隙，發生移動或被水流帶出的現象。D.van Zyl對產生的過程做了詳細的描述。管涌首先開始於土中性質突變的局部，如細粒、容重較輕的顆粒和裂縫分布的地方。土體表面的顆粒先移動形成空隙。這個空隙漸漸的擴大，並且向下移動，形成不規則的管狀通道。它發生的部位可在滲流逸出處，也可在土體內部。後者也可稱為滲流引起的潛蝕現象。但工程實踐中，常把流土現象也歸結到管涌的概念中來。管涌發生後隨著砂粒的不斷浙出流失，孔洞的直徑逐漸增大，它的深度也逐漸向堤身或堤基土內部不斷延伸增大。一旦與土體內部的已有孔洞連通，那就迅速發展為管道內集中湧水浙土的現象，其嚴重後果是堤下土體內滲水通道的塌陷，造成堤防不均勻沉降和整體失穩。管涌臨界水力梯度的理論研究尚不成熟，其原因是發生管涌的滲流機理還沒有在理論上突破，並且試驗也很難測準。管涌的臨界水力梯度值標誌著土體中的細顆粒開始流失，表明建築物或地基某處出現薄弱環節。國內外關於管涌的研究大都是從研究滲流破壞的角度出發，對滲流破壞的研究又主要集中在對臨界滲透破壞條件的判別上。
滲透係數
滲透係數也稱水力傳導係數， 是指飽和多孔介質單位水力梯度時的滲流速度。滲透係數不僅取決於岩石的性質（如粒度成分、顆粒排列、充填狀況、裂隙性質及其發育程度等， 而且與滲透液體的物理性質（容重、黏滯性等） 有關。滲透係數可以通過數值模擬反演以及室內實驗等方法求得。實驗室測定滲透係數可以通過達西定律等方法進行計算。達西定律也稱線性滲透定律， 是研究滲流和介質滲透性與水力梯度之間的數量關係的重要定律 。一般說來， 根據達西定律，滲透係數與水力梯度之間無相關關係， 但從一些實驗研究中發現， 水力梯度在一定的條件下對滲透係數是有影響的。當水力梯度較小時，隨著水力梯度的增大，滲透係數逐漸減小；滲透係數的變化速率隨著水力梯度的不同而不斷變化，水力梯度小於0.25時滲透係數的改變較大， 當水力梯度大於0.25時滲透係數基本穩定；粗砂介質中水力梯度對滲透係數的影響最大， 中砂次之， 細砂對滲透係數的影響最小。
土體裂縫注漿防滲的臨界水力梯度
在生產實際中 ，當土體堤壩出現開裂時 ，常採用裂縫注漿方法防滲，這種工程合理設計的技術關鍵是掌握土體裂縫注漿機理及臨界水力梯度。土體裂縫的有效注漿寬度是指在某一水h 時能有效防滲的最小注漿段寬度L。我們稱比值h /L 為注漿防滲的臨界水力梯度 ，當實際的h /L值小於此值時為安全，否則注漿失敗。臨界水力梯度值與裂縫寬度、土體性質、漿液性質及注漿固結時間等因素有關。土體裂縫注漿後 ，注漿段是否能起有效防滲作用主要取決於兩個方面：一方面是注漿段是否能防止水滲過。另一方面是注漿段是否能抵抗住靜水壓力的作用。從理論上講，在土體相同、寬度相同的裂縫中用相同材料注漿所獲得得的臨界水力度值是相同的。而由於漿不能完全固結成形，因此在裂縫深度不很大時，裂縫中不同深度上的臨界水力梯度值基本相同。考慮實際情況中不存在深度很大的土體裂縫，故可通過試驗求得不同寬度土體裂縫注漿的臨界水力梯度值液。
