对粗粒土渗透变形研究的进展

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1、对粗粒土渗透变形研究的进展.A厶—i—刖S粗粒土是粒径大于011mm（或01074mm）的颗粒含量超过50%的土,根据有无粘性又分为无粘性粗粒土（如砂、砂砾、右料和右磋等）和粘性粗粒土（如砾质土、风化料和冰磧土等）。近30年来,随着土工试验技术，特别是大型土工试验仪器的发展及農动平碾的使用，对坝料的限制有较多的突破和放宽，因而国内外在筑坝材料选择方面出现了一些新的趋向，即坝壳和防渗体都可采用粗粒土，同时成功地修建了许多由不同类型粗粒土填筑的土石坝及石磧坝。粗粒土的渗透性是粗粒土筑坝的力学特性Z—，它包括渗透性和渗透变形。由于

2、填筑坝体区域的不同,虽然都为粗料土，对渗透特性的要求却截然不同。对于坝壳,主要是保证能够自然排泄水流（K二（10-2〜10-4）cm/s）,而对于防渗体，必须保证渗透性满足防渗要求（K二（10-4〜10-5）cm/s）。对渗透变形的要求，无论是防渗体或是坝壳都一样,即在水流作用卜•要保证坝体任何区域都不能产生渗透变形或渗透破坏现象。总乙理论和实践都表明对粗粒土的筑坝渗透特性，特别是渗透变形的机理研究是一个很重要的实际问题。对此，本文分无粘性粗粒土的渗透变形和粘性粗粒土的渗透特性两部分进行论述。渗透变形及其判别早在1922年K

3、.太沙基在做板桩围堰防渗砂模型试验时首先发现了砂土的隆起或流土现象，即现今所指的土体在渗流作用下发生的渗透变形破坏现象（称为渗透变形或渗透破坏的现象）。后来大量的试验总结出：无粘性粗粒土的渗透变形或渗透破坏一般口J分为两大类：（1）在渗流作用下常常是试样整体同吋起动带走而破坏，称为流土型破坏；（2）在细粒穿过粗大颗粒孔隙被带走发生涌砂,最后导致试样破坏，称为管涌型破坏。介丁这两类Z间的渗透变形为渡破坏，如流土发生在局部薄弱地带而破坏或随时间扩展而发生的管涌型破坏。渗透变形类型的判别：1砂砾石的情况2石磴料的情况粘性粗粒土的渗

4、透特性粘性粗粒土主要包括砾质土、风化料和冰磧土等。i般填筑坝的防渗体时，不但渗透系数要达到防渗要求，即KW（10-4〜10-5）cm/s,还必须保证不产生渗透变形（管涌和流土破坏）。试验表明，这类土的渗透特性受砾右含量、细粒含量、干密度和应力状态的影响变化很大。现分别讨论如下。1砾石含量的影响试验表明，粘性粗粒土的渗透系数随着砾石（粗粒）含量的多寡而有很大的变化（见图6）o当P5<30%〜40%时，随着粗粒含量增加，渗透系数冇明显减少的趋势;当P5>40%时，渗透系数随着粗粒含量增加而迅速加大，直到P5>50%〜60%吋，渗

5、透系数增加更剧烈。因此，将粘性粗粒土用作防渗材料，需严格控制粗粒含量的上限，根据国内外经验，粗粒含量不宜超过50%〜55%。例如，鲁布革风化料按防渗要求P5不应大于50%,此时的K值为2X10-7cm/s（<（10-4〜10-5）cm/s）;又如瀑布沟冰磧土要求P5不大于60%吋，K值为715X10-5cm/s（仍小于（10-4〜10-5）cm/s。2细粒含量的影响过去对防渗体从渗透性能方而要求细粒黏土含量要高，即要求英渗透系数K〈1X10-6cm/so研究表明，从减小渗漏量的角度来看，一般不需要这样小的渗透系数；同吋一旦产

6、生裂缝，这种黏土抗冲刷能力显著降低，甚至述不如粘性粗粒土,而且裂缝愈合能力差。近年來采用粘性粗粒土作筑坝防渗体的实践证明，用适宜低粘性含量的粗粒土代替过去所要求的高粘性含量黏土的措施是成功的。试验表明，粘性粗粒土的渗透系数，与其屮的细粒（小丁•01074mm或011mm）含量冇关（见图7）o可见，小于01074nim的含量需大于10%,才能满足作防渗体的渗透性要求。从国外以粘性粗粒土筑防渗体的实际情况看，小于01074mm的含量多在11%〜12%以上,渗透系数多在（10-5〜10-6）cm/s范围内。又如冰磧土的渗透性，只要

7、粗粒含量不超过50%〜60%、小于01074mm的含量大于13%、压实干密度为211〜214g/cm3,其渗透系数都能达到10-5cm/s的要求。所以，国内外都规定，粘性粗粒土中小于01074mm或011mm的含量应小于13%。3干容重的影响容重对粘性粗粒土的渗透性有明显的影响，如干容重由2116kN/m3降至1915RN/m3，渗透系数可增大30〜50倍Z多。又如当细粒含量相同时，其渗透系数随密度的增大（由1915kN/m3增至2314kN/m3）而减弱（由615X10-2cm/s降至1140X10-5cm/s）。因此对于

8、瀑布沟的冰磧土，在密实状态下（rd二2314k"/m3）,若筛去人于60mm或80mm的超粒径颗粒，其渗透系数至少口J达到KW10-5cm/s的要求。此外，当试样固结后，应力状态对冰磧土的渗透性有明显降低的影响；某些砾质土，述产生渗透系数随渗透压力增大而增加的现象。这些都有待进一步探讨和试