[科普中國]-流土

流土也稱流砂，是指在滲流作用下，某一范圍內(nèi)土體的表面隆起、浮動或某一顆粒群的同時起動而流失的一種沙沸現(xiàn)象。在滲透力作用下，土體中的顆粒群同時啟動而流失，它可以發(fā)生在非黏性土中，也可以發(fā)生在黏性土中。在滲流力作用下，粒間有效應(yīng)力為零時，顆粒群發(fā)生懸浮、移動的現(xiàn)象稱為流土現(xiàn)象或流砂現(xiàn)象。1

在滲流力作用下，粒間有效應(yīng)力為零時，顆粒群發(fā)生懸浮、移動的現(xiàn)象稱為流土現(xiàn)象或流砂現(xiàn)象。這種現(xiàn)象多發(fā)生在顆粒級配均勻的飽和細(xì)、粉砂和粉土層中，它的發(fā)生一般是突發(fā)性的，對工程危害極大。

概念流土是指在滲透力作用下，土體中的顆粒群同時起動而流失的現(xiàn)象。它主要發(fā)生在地基或土壩下游滲流逸出處，是滲透變形的一種基本形式。可以發(fā)生在非黏性土中，也可以發(fā)生在黏性土中。非黏性土的流土形式如泉眼群、沙沸、土體翻滾最終被滲流托起；在黏性土中則表現(xiàn)為土塊隆起、膨脹、浮動、斷裂等?；踊蚯罋炌跁r所出現(xiàn)的流沙現(xiàn)象是流土的一種常見形式。2

內(nèi)容流土通常是指指在向上滲流作用下局部土體表面的隆起、頂穿或粗顆粒群同時浮動而流失的現(xiàn)象。前者多發(fā)生于表層由黏性土與其他細(xì)粒土組成的土體或較均勻的粉細(xì)砂層中；后者多在不均勻的砂土層中。流土多發(fā)生在顆粒級配均勻而細(xì)的粉、細(xì)砂中，有時在粉土中亦會發(fā)生，其表現(xiàn)形式是所有顆粒同時從一近似于管狀通道被滲透水流沖走，流土發(fā)展結(jié)果是使基礎(chǔ)發(fā)生滑移或不均勻下沉，基坑坍塌，基礎(chǔ)懸浮等。流土通常是由于工程活動而引起的。但是，在有地下水出露的斜坡、岸邊或有地下水溢出的地表面也會發(fā)生。流土破壞一般是突然發(fā)生的，對巖土工程危害很大。3

流土現(xiàn)象的產(chǎn)生不僅取決予滲流力的大小，同時與土的顆粒級配、密度及透水性等條件相關(guān)。使土開始發(fā)生流土現(xiàn)象時的水力梯度稱為臨界水力梯度icr。顯然，滲流力γwi等于土的浮重度γ'時，土處于產(chǎn)生流砂的臨界狀態(tài)，因此臨界水力梯度icr為

icr=γ' /γwi=****（GI-1）×（1-n）

上式亦表明，臨界水力梯度與土性密切相關(guān)，研究表明，土的不均勻系數(shù)越大，icr值越??；土中細(xì)顆粒含量越高，icr值越大；土的滲透系數(shù)越大，臨界水力梯度越低。4

流土不是細(xì)土粒穿過粗土粒的孔隙流失，而是不分大小土粒都移動。非黏性土如卵石和砂，當(dāng)其級配均勻而連動，沒有缺少中間粒徑的土粒時，其滲透變形一般為流土。壩基發(fā)生流土?xí)r，集中滲流先將下游壩腳附近的表土層頂穿，表土浮起，使下游壩坡失去水而滑坡。這種事故一般是突然發(fā)生的，事先甚至沒有任何預(yù)兆。5

形成條件①巖性：土層由粒徑均勻的細(xì)顆粒組成(一般粒徑在0.01mm以下的顆粒含量在30%～35%以上)，土中含有較多的片狀、針狀礦物(如云母，綠泥石等)和附有親水膠體礦物顆粒，從而增加了巖土的吸水膨脹性，降低了土粒重量。因此，在不大的水流沖力下，細(xì)小土顆粒即懸浮流動。

②水動力條件：水力梯度較大，流速增大，當(dāng)沿滲流方向的滲透力大于土的有效重度時，就能使土顆粒懸浮流動形成流土，可以用公式判斷。3

流土判別①按《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(GB 50287--1999)，流土根據(jù)土的細(xì)粒含量采用下列方法判別：

Pc≥1/4(1-n)×100%

上式中，n為土的孔隙率(%)；Pc為土的細(xì)顆粒含量，以質(zhì)量百分率計(%)。

②按水力條件判別

判別基坑坡腳或基坑四角的坡腳及其附近，土體是否處于“穩(wěn)定”。一般用流土臨界水力比降Jcr。除以安全系數(shù)Fs(Fs=1.2～2.0,對于特別重要的工程也可取2.5)得到允許水力比降J允許，與該處土體滲流作用下的實(shí)際水力比降J比較，若J≤J允許，則不產(chǎn)生流土。3

防治原則防治流土的關(guān)鍵在于控制滲流逸出處的水力坡降，基本措施是確保實(shí)際的逸出處水力坡降不超過允許值。

流土現(xiàn)象的防治原則是：

①減小或消除水頭差，如采取基坑外的井點(diǎn)降水法降低地下水位，或采取水下挖掘；

②增長滲流路徑，如打板樁；

③在向上滲流出口處地表用透水材料覆蓋壓重以平衡滲流力；

④土層加固處理，如凍結(jié)法、注漿法等。4

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

林國慶 - 副教授 - 中國海洋大學(xué)