對粗粒土滲透變形研究的進(jìn)展

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1、對粗粒土滲透變形研究的進(jìn)展.A厶—i—刖S粗粒土是粒徑大于011mm（或01074mm）的顆粒含量超過50%的土,根據(jù)有無粘性又分為無粘性粗粒土（如砂、砂礫、右料和右磋等）和粘性粗粒土（如礫質(zhì)土、風(fēng)化料和冰磧土等）。近30年來,隨著土工試驗(yàn)技術(shù)，特別是大型土工試驗(yàn)儀器的發(fā)展及農(nóng)動(dòng)平碾的使用，對壩料的限制有較多的突破和放寬，因而國內(nèi)外在筑壩材料選擇方面出現(xiàn)了一些新的趨向，即壩殼和防滲體都可采用粗粒土，同時(shí)成功地修建了許多由不同類型粗粒土填筑的土石壩及石磧壩。粗粒土的滲透性是粗粒土筑壩的力學(xué)特性Z—，它包括滲透性和滲透變形。由于

2、填筑壩體區(qū)域的不同,雖然都為粗料土，對滲透特性的要求卻截然不同。對于壩殼,主要是保證能夠自然排泄水流（K二（10-2?10-4）cm/s）,而對于防滲體，必須保證滲透性滿足防滲要求（K二（10-4?10-5）cm/s）。對滲透變形的要求，無論是防滲體或是壩殼都一樣,即在水流作用卜?要保證壩體任何區(qū)域都不能產(chǎn)生滲透變形或滲透破壞現(xiàn)象。總乙理論和實(shí)踐都表明對粗粒土的筑壩滲透特性，特別是滲透變形的機(jī)理研究是一個(gè)很重要的實(shí)際問題。對此，本文分無粘性粗粒土的滲透變形和粘性粗粒土的滲透特性兩部分進(jìn)行論述。滲透變形及其判別早在1922年K

3、.太沙基在做板樁圍堰防滲砂模型試驗(yàn)時(shí)首先發(fā)現(xiàn)了砂土的隆起或流土現(xiàn)象，即現(xiàn)今所指的土體在滲流作用下發(fā)生的滲透變形破壞現(xiàn)象（稱為滲透變形或滲透破壞的現(xiàn)象）。后來大量的試驗(yàn)總結(jié)出：無粘性粗粒土的滲透變形或滲透破壞一般口J分為兩大類：（1）在滲流作用下常常是試樣整體同吋起動(dòng)帶走而破壞，稱為流土型破壞；（2）在細(xì)粒穿過粗大顆粒孔隙被帶走發(fā)生涌砂,最后導(dǎo)致試樣破壞，稱為管涌型破壞。介丁這兩類Z間的滲透變形為渡破壞，如流土發(fā)生在局部薄弱地帶而破壞或隨時(shí)間擴(kuò)展而發(fā)生的管涌型破壞。滲透變形類型的判別：1砂礫石的情況2石磴料的情況粘性粗粒土的滲

4、透特性粘性粗粒土主要包括礫質(zhì)土、風(fēng)化料和冰磧土等。i般填筑壩的防滲體時(shí)，不但滲透系數(shù)要達(dá)到防滲要求，即KW（10-4?10-5）cm/s,還必須保證不產(chǎn)生滲透變形（管涌和流土破壞）。試驗(yàn)表明，這類土的滲透特性受礫右含量、細(xì)粒含量、干密度和應(yīng)力狀態(tài)的影響變化很大?，F(xiàn)分別討論如下。1礫石含量的影響試驗(yàn)表明，粘性粗粒土的滲透系數(shù)隨著礫石（粗粒）含量的多寡而有很大的變化（見圖6）o當(dāng)P5<30%?40%時(shí)，隨著粗粒含量增加，滲透系數(shù)冇明顯減少的趨勢;當(dāng)P5>40%時(shí)，滲透系數(shù)隨著粗粒含量增加而迅速加大，直到P5>50%?60%吋，滲

5、透系數(shù)增加更劇烈。因此，將粘性粗粒土用作防滲材料，需嚴(yán)格控制粗粒含量的上限，根據(jù)國內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)，粗粒含量不宜超過50%?55%。例如，魯布革風(fēng)化料按防滲要求P5不應(yīng)大于50%,此時(shí)的K值為2X10-7cm/s（<（10-4?10-5）cm/s）;又如瀑布溝冰磧土要求P5不大于60%吋，K值為715X10-5cm/s（仍小于（10-4?10-5）cm/s。2細(xì)粒含量的影響過去對防滲體從滲透性能方而要求細(xì)粒黏土含量要高，即要求英滲透系數(shù)K〈1X10-6cm/so研究表明，從減小滲漏量的角度來看，一般不需要這樣小的滲透系數(shù)；同吋一旦產(chǎn)

6、生裂縫，這種黏土抗沖刷能力顯著降低，甚至述不如粘性粗粒土,而且裂縫愈合能力差。近年來采用粘性粗粒土作筑壩防滲體的實(shí)踐證明，用適宜低粘性含量的粗粒土代替過去所要求的高粘性含量黏土的措施是成功的。試驗(yàn)表明，粘性粗粒土的滲透系數(shù)，與其屮的細(xì)粒（小丁?01074mm或011mm）含量冇關(guān)（見圖7）o可見，小于01074nim的含量需大于10%,才能滿足作防滲體的滲透性要求。從國外以粘性粗粒土筑防滲體的實(shí)際情況看，小于01074mm的含量多在11%?12%以上,滲透系數(shù)多在（10-5?10-6）cm/s范圍內(nèi)。又如冰磧土的滲透性，只要

7、粗粒含量不超過50%?60%、小于01074mm的含量大于13%、壓實(shí)干密度為211?214g/cm3,其滲透系數(shù)都能達(dá)到10-5cm/s的要求。所以，國內(nèi)外都規(guī)定，粘性粗粒土中小于01074mm或011mm的含量應(yīng)小于13%。3干容重的影響容重對粘性粗粒土的滲透性有明顯的影響，如干容重由2116kN/m3降至1915RN/m3，滲透系數(shù)可增大30?50倍Z多。又如當(dāng)細(xì)粒含量相同時(shí)，其滲透系數(shù)隨密度的增大（由1915kN/m3增至2314kN/m3）而減弱（由615X10-2cm/s降至1140X10-5cm/s）。因此對于

8、瀑布溝的冰磧土，在密實(shí)狀態(tài)下（rd二2314k"/m3）,若篩去人于60mm或80mm的超粒徑顆粒，其滲透系數(shù)至少口J達(dá)到KW10-5cm/s的要求。此外，當(dāng)試樣固結(jié)后，應(yīng)力狀態(tài)對冰磧土的滲透性有明顯降低的影響；某些礫質(zhì)土，述產(chǎn)生滲透系數(shù)隨滲透壓力增大而增加的現(xiàn)象。這些都有待進(jìn)一步探討和試