上细下粗富水复合砂层渗透破坏机制试验及初步工程应用研究

摘要

高富水砂层易发生渗透破坏,是地下工程施工主要风险源。目前对“上细下粗”复合砂层的渗透破坏致灾机制的尚不清楚。通过分析对比14组砂土侵蚀模型试验数据,发现由下层粗砂、上层细砂组成的“上细下粗”的复合砂层渗流破坏特征与单一砂层显著不同,其渗透破坏的机制为:下层粗砂的渗透性显著大于上层粉细砂层,两者形成串联关系,下层强透水层能耗小,主要起供水作用,上层细砂层有一定厚度且渗透性小,承受大部分的渗透压力,从而使细砂颗粒迅速流失,导致流土型渗透破坏。在相同边界条件下,地下水对复合砂层土体扰动范围更广,土体流失更显著,流失速率更快。当渗漏出口接近粗砂与细砂交界面且处于细砂一侧时,流土现象最为显著。基于试验得到的规律,对2018年佛山“2.7”地铁事故发生大面积坍塌的原因进行探讨,认为“上细下粗”复合砂层及渗漏出口独特位置——“粉砂和中粗砂交界处”是造成该事故大面积坍塌的重要地层条件。在类似工程需重视复合砂层的识别,并做好密封措施,防止渗漏出口的出现。