对粗粒土渗透变形研究的进展
3、土的现场试验(渗透变形试验、原位大型直剪试验、载荷试验、压实度试验)
土的现场试验（渗透变形试验、原位大型直剪试验、载荷试验、压实度试验）（一）渗透变形试验1、试验目的和用途本试验的目的是测定稍具有胶结或充填较好，中密且能切成试样的无黏聚性原状土或土石坝心墙压实土层含黏粗粒土。
在渗流作用下，测定土层的渗透系数、临界坡降和破坏比降，并判断其土体渗流破坏类型。
2、适用范围半（弱）胶结无黏性粗粒土；土石坝压实心墙土体或均质坝压实体；坝基覆盖层中具中密且粗细粒相互充填良好的土体。
3、引用标准及主要质量指标检测方法标准（1）SD 128—035（2）SD 128—031（3）SD 128—032（4）SD 128—012（5）SD 128—0334、制样方法及要点应按已有勘探资料和防渗处理初步方案，选取有代表性土层制备试样。
试样尺寸应按地层情况，颗粒级配及层中最大粒径确定，宜参照扰动试样的径比规定，同时尽量避开大块石或大卵石、漂石。
试样宜结合水流方向，分水平试样和垂直试样。
在取样点，首先削一尺寸大于所要求试样尺寸的土柱，再用削土工具小心削至要求尺寸，同时除去试样表面的扰动土。
对修好试样除进出水口以外各面用膨胀快凝水泥砂浆浇注。
待砂浆有一定强度后即可试验。
5、试验成果整理与计算按有关规程进行。
（二）原位大型直剪试验1、目的和适用范围原位大型直剪试验用于测定土体本身、土体软弱面和地基土与混凝土接触面的抗剪强度。
包括在法向应力作用下沿固定剪切面的抗剪强度试验和混凝土板与地基土的抗滑试验。
试验可采用应力控制和应变控制方式进行。
2、引用技术标准及主要质量指标检测方法标准GB 50021、SD 128—037、SD 128—0183、基本原则和方法要点本试验可在试洞、试坑或探槽中进行。
同一组试验体的地质条件应基本相同，其受力状态应与土体在工程中的受力状态相近。
根据剪切面状态，选择试验布置方案。
当剪切面水平或近于水平时，可采用平推法；当剪切面较陡时，可采用楔形体法。
开挖试坑时，应避免对试体的扰动，尽量保持土体结构及含水率不产生大的变化。
无粘性粗粒土大型水平渗透试验研究
２ １ ，３ ５ ：５ ￣４ ６ ０ ０ ３ （ ） ４ ３ ５
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＸｉｊａ ｇＡ ｒ ｕ ｔｒ ｌＵ ｉ ｒｉ ｏ ｒ ａ ｎ ｉｎ ｇ ｉ ｌ ａ ｎｖ ｓｔ ｏ ｃ ｕ ｅ ｙ
文 章 编 号 ：１ ０ — ６ ４ ２ １ ） ５ ０ ５ — ４ ０ ７８ １ （ ０ ０ ０ — ４ ３０
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某面板堆石坝垫层料和过渡料渗透变形及反滤试验研究
某面板堆石坝垫层料和过渡料渗透变形及反滤试验研究定培中;严敏;常敬雄【摘要】某在建面板堆石坝拟将现场开挖获得的砂砾石料筛除300 mm以上粒径组后作为上坝过渡料,筛除100 mm以上粒径组后作为上坝垫层料.此法获得的垫层料小于5 mm颗粒含量低于设计要求,垫层料与过渡料的级配包络线范围较窄且两者相差不大.由此造成垫层料与过渡料渗透性范围交叉覆盖,存在排水不畅,水力过渡不好组合的可能性.针对以上情况,对天然开挖筛分后垫层料掺入5 mm以下粒径组颗粒,以提高上坝垫层料小于5 mm颗粒含量,使其级配满足设计要求并提高其内部稳定性.掺配后的垫层料在反滤料的保护下,可以承受远超过渗流场计算得到的最大比降.本研究成果及现场工程实践表明,对垫层料掺配一定比例的细料,是类似条件工程中改善垫层区与过渡区水力过渡,提高反滤作用效果的有效途径.【期刊名称】《中国水利水电科学研究院学报》【年(卷),期】2016(014)006【总页数】6页(P454-459)【关键词】垫层料;过渡料;水力过渡;反滤;掺配【作者】定培中;严敏;常敬雄【作者单位】长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室,湖北武汉430010;长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室,湖北武汉430010;青海引大济湟水电建设责任有限公司,青海西宁810001【正文语种】中文【中图分类】TV641.4西北某在建水电站大坝为面板堆石坝，最大坝高114.5 m，坝顶长度424 m，坝顶宽10 m。
坝体分区包括垫层区、过渡区及主次堆石料区，见图1。
因砂砾石料场储量较少，拟将现场开挖获得的砂砾石料筛除300 mm以上粒径组后获得的土料作为上坝过渡料；筛除100 mm以上粒径组后获得的土料作为上坝垫层料。
由于以上方法获得的大坝填料其级配范围与设计要求有一定出入。
为了解此填料的渗透变形特性以及反滤保护效果，对其进行了渗透变形及反滤保护试验研究并提出填料改进措施。
本工程垫层料和过渡料为同一料场砂砾石料，仅控制其最大粒径不同，过渡料最大粒径300 mm，垫层料最大粒径100 mm。
粗颗粒土渗透特性的试验研究
试验数值见表 ２ 。分析干密度对试样的临界坡降 ｋ 和渗透 系数 的影 响 。 （） ２ 控制 试样 干 密度 ｌ 、 变细 料 含量 Ｐ ， 体 Ｄ 改 ｄ ｆ具
作者简介 ： 龚
７ ０
霞 （９９一）女 ， １７ ， 湖北嘉鱼人， 在读硕士研究生 ， 研究方向为岩土工程 。
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表 １ 试 样 颗 粒 组 成
被 渗透水 流带 出的 细 颗粒 将 进 一 步 受 到挤 压 ， 因此
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临界坡 降增 大 。
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干密度 ｐ／ ・ｍ ｄｇｅ
图 ２ 试 样 颗 粒 累 积 曲线
图 ３ 临 界 坡 降 与 干 密 度 关 系
试 验数值 见 表 ３ 。分 析细 料 含 量 Ｐ 对 试 样 的 临 界 ，
坡降 和渗透系数 的影响。 ｋ
表 ２ 控制 Ｐ 改变 的试 验数值 昧婆 ｆ 世 ２ ２ １ １ ０
这一现象说明了细料的含量为20时即使粗蝌料的结构有不同排列紧密或疏松其孔隙体积仍然大于细料的总体积因此试样干密度的改变仅仅1k改变粗料结构的排列由疏松到紧密而不能改变一或很少改变它和细料间的相互关系即细料在粗料干密度gem一中的可移动性
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水 电 站 设计 第 ２ 卷 第 ｌ ４ 期
２ 试 验 装 置及 试 验 内容
２ １ 试 验装 置 ．
（） 制试样 细料 含量 Ｐ 、 １控 ｆ改变 干密度 ｌ ， 体 Ｄ具
粗粒土渗透试验缩尺方法研究
粗粒土渗透试验缩尺方法研究作者：崔文燕王军霞来源：《决策探索·收藏天下（中旬刊）》 2020年第1期崔文燕王军霞摘要：文章通过分析不同缩尺方式下的渗透变形试验，对粗粒土渗透的影响情况进行阐述，进一步得出相应的实验结论。
关键词：粗粒土；渗透试验；缩尺方法所谓不均匀粗粒土，其实就是指某中间粒径组的质量百分含量小于或者等于3%的土壤，其也会被称为级配不连续型粗粒土。
因为每一个时期河水的实际挟带能力并不相同，因此在自然界之中，经过河水沉积之后，其粗粒土绝大多数情况下会表现为级配不连续型。
这一类土壤粒径的组成较为广泛，其具备较高的抗剪强度，并且具有沉积变形较小的特征，因此通常会将其作为土石坝体的填筑材料或者作为坝基土层。
但是需要注意的是，由于级配不连续粗粒土，其粒间的粘聚力比较小，因此颗粒组成之中的缺级粒径会将土体分成骨架粗料以及填充粗料两大部分。
而在水的渗流作用下，十分容易出现细粒随着粗粒间的孔隙而出现流失的管涌型渗透出现破坏。
因此，为了保障所构筑的土石坝和地基的渗透处于稳定性的状态，需要对于室内进行渗透变形试验，从而分析其渗透的破坏形式以及临界水力的坡降。
一、试验样品试验中共选择两种配置不同的颗粒，将其组成配级不连续型的处理试样。
两类样品最大的粒径都保持为60mm，而其所缺失粒径组大约为1mm左右。
而在这其中第一类的不均匀系数约为49，曲率系数为7，小于1mm细粒的百分含量为20%左右，特征粒径为33mm。
而第二类的不均匀系约为57，曲率系数为0.25，小于1mm细粒的百分含量为40%左右，其明显高于第一类样品，特征粒径为27mm。
其试验样品期分别为管涌型以及流土型的土壤。
二、缩尺方式试验的原则以及方式一般情况下，土料之中含有超粒径颗粒时，其主要的处理方式有等量替代方式、相似级配方式以及混合方式等。
其中由于剔除方式，混合方式在进行渗透试验缩尺之中，不会使细料的含量有过大的变化，因此在目前进行渗透试验之中，剔除法以及混合法基本上是不会使用的[1]。
第7章 渗透变形工程地质研究
第七章 渗透变形工程地质研究
渗透变形破坏方式
渗透变形破坏的形成条件
渗透变形的预测 渗透变形破坏的防治措施
渗透变形破坏方式
渗透变形：在渗透水流作用下，土体颗粒发生移动，
引起土体结构变松，强度降低的现象。
渗透变形破坏方式
潜蚀：渗流作用下，土体中较细颗粒被水流移动或挟
走，较普遍发生在不均质砂层中
流土：渗流将土体所有的颗粒全部浮动、流动或整块移
动，常发生在大坝下游坡脚有渗透水流逸出的土层中。
接触流土：渗透水近于垂直土层运动，当水流由颗粒
粗细相差悬殊的细粒土进入粗粒土中时，细粒土被水流 带进粗粒土中。
接触冲刷：粗细粒土层接触时，在平行于土层的渗流
作用下，接触面上的细粒土被水流携走。
渗透变形破坏的形成条件
D.压密固结程度：经过压密固结的土不仅孔隙度有所 降低，粒间嵌合力也有所增强，必然要经过渗流力浮动 以后才能悬浮。其临界梯度和允许梯度显著高于颗粒成 分相近但未经固结的土。
渗透变形破坏的形成条件
E.粘粒含量：粘粒含量增多的结果使土的内聚力增加， 进而增加土的抗潜蚀能力。
允许
粒的骨架孔隙直径d0时，才能发生潜蚀。据研究其最优 比为d0/d=8。一般天然无粘性土均为混粒结构，其孔隙 率多为n=39.59%，大颗粒粒径D与其孔隙d0比为D/d0=2.5。 所以有利于发生潜蚀的粗细粒径比为D/d=20。
渗透变形破坏的形成条件
B.细颗粒含量：只有较多量的粗大颗粒构成骨架，才 能形成直径较大的孔隙，易于产生潜蚀。如细颗粒达到 一定含量致使颗粒间不能相互接触，不能由它构成骨架， 则孔隙大小取决于细颗粒，则比较难以潜蚀。实验资料 证实：当细粒含量达20%~30%时，产生渗透变形所需的 水力梯度值急剧增大。当 细粒含量<20%，破坏梯度 <0.5，较计算值(0.8~1.2)小 得多，这可能是由于土的 结构和孔隙不均一的缘故。 细粒含量（％）
土壤侵蚀研究进展
影响机理研究尚不充分ꎬ 而且研究方法的不一致导致了研究结论存在一定差异ꎮ 本文通过分析各学者研究结果ꎬ
归纳总结目前土壤理化性质中重要因子对土壤侵蚀、 抗蚀性产生的影响以及在侵蚀过程中水动力学特征ꎬ 旨在为
收稿日期: ２０２１－０２－０１
作者简介: 刘争光 (１９８６－) ꎬ 男ꎬ 硕士ꎮ 研究方向: 含沙水流动机理ꎮ
实验得出在不同降雨强度情况下ꎬ 土壤侵蚀与土壤含
※资源环境
农业与技术 ２０２１ꎬ Ｖｏｌ ４１ꎬ Ｎｏ ０４ ９ ３
土壤抗侵蚀能力ꎮ 谢贤健等 [２９] 采用静水崩解法对内
土流失程度和强度则取决于土壤化学性质ꎮ 土壤中的
江市丘陵区测验得出ꎬ 土壤有机质分解后可以提高土
ｐＨ、 有机质和速效养分是土壤中重要组成元素ꎬ 三者
壤中速效养分的含量ꎬ 而速效养分对土壤结构起直接
含量的高低也是反应土壤养分的重要指标ꎮ
影响作用ꎬ 能有效提高土壤抗蚀性ꎮ 李渊等 [３０] 通过
渐降低并且耕地和草地最容易受土壤侵蚀ꎬ 导致土壤
土壤大多数为<０ ２５ｍｍ 的土壤颗粒ꎬ 而这样的颗粒极
肥力下降ꎮ 王文正等 [２７] 通过实地调查得出ꎬ 土壤有
易堵塞土壤孔隙ꎬ 造成水分难以下渗ꎬ 从而增加土壤
机质含量高ꎬ 水稳性指数越大ꎬ 土壤结构愈加稳定ꎬ
通过 Ｌｅ Ｂｉｓｓｏｎａｉｓ 方法得出ꎬ 黄
侵蚀力重要参数之一ꎮ 径流冲刷引起的土壤分离过程
研究成果不仅可以深化对土壤侵蚀过程的认识ꎬ 促进
主要通过土壤侵蚀阻力来定量表征 [４２] ꎬ 受土壤理化
立侵蚀预报模型
土石粗粒料的强度和变形特性的试验研究
第 24 卷
第3期
谢婉丽等. 土石粗粒料的强度和变形特性的试验研究
• 431 •
性模型[1]等， 试验大都是采用常围压( σ 3 =常数)的三 轴试验方法进行，使得试验确定的应力–应变关系 计算结果与实际工程的应力、变形相差较大。例如， 阿瓜米尔帕砂砾石–堆石面板坝施工期原型观测结 果几乎只为有限元计算结果的 30%～40%，采用不 同本构方程计算的应力、应变结果也不相同 。这 样造成有的工程设计过于保守，有的工程设计又过 于危险，甚至造成工程事故，如大坝渗漏、滑坡、 开裂及路面沉陷、桥头跳车、边坡失稳及房屋沉降 等。由此表明现有的强度公式和本构模型应用在土 石粗粒料上不是太合适，采用常围压( σ 3 =常数)进行 三轴试验确定本构模型参数不符合工程实际。试验 研究表明
2
试验方法
本文的试验工作是在大型三轴压缩仪上完成
的，仪器型号为 T–30–3.0，三轴仪由轴向加载系 统、数据采集和处理系统、周围压力控制系统、体 应变和反压力系统所组成。轴向荷载由油压千斤顶 施加，最大出力为 2 500 kN；试验围压由气水压力
表1 Table 1
材料 600～400 原样 试样 14.5 – 400～200 26.5 – 200～100 13 – 100～60 11 – 60～40 5 18 40～20 10 29
图11主应力空间屈服轨迹fig11yieldtrajectoryprincipalstressspace332粗粒料的弹塑性增量本构模型塑性增量理论12假定土的总应变增量ij分为由可恢复的弹性应变增量和不可恢复的塑性应变增量ijijij10根据塑性增量理论可得klijklijepijkl为弹塑性模量张量即弹塑性刚度矩阵其表达式为cdpqcdpqmnmnklijklrsijklijklep12式12中对于硬化材料采用相关联流动法12用屈服函数对称13cdpqijmnrsijklep14将式913代入式14就可得到弹塑性刚度矩阵epijkl可以直接应用于有限元分析中
粗粒土渗透特性影响因素及渗透规律试验研究
粗粒土渗透特性影响因素及渗透规律试验研究作者：李文波来源：《价值工程》2013年第36期摘要：影响粗颗粒土渗透特性的因素有很多。
通过室内渗透试验，采用不同的试验条件，研究了粗颗粒土的干密度ρd、细料含量P5、孔隙比e和不均匀系数Cu对渗透系数的影响，分析了粗颗粒土的干密度ρd、细料含量P5、孔隙比e和不均匀系数Cu与渗透系数之间的关系，建立了粗颗粒土的干密度ρd、细料含量P5、孔隙比e和不均匀系数Cu与渗透系数之间的关系式。
Abstract： Many factors have influence on permeability of coarse-grained soil. By the results of seepage tests and byusing different test conditions， the paper studies on the influence of coarsegranular soil dry density ρd， fines content P5， void ratio e and nonuniform coefficient Cu to the permeability coefficient，analyzesthe relation between coarse granular soil dry density ρd， fines content P5， void ratio e， nonuniform coefficient Cu and permeability coefficient. Thus there isa relational expression between coarse granular s oil dry density ρd， fines content P5， voidratio e，nonuniform coefficient Cu and permeability coefficient.关键词：粗颗粒土；干密度；细料含量；孔隙比；不均匀系数；渗透系数；渗透规律Key words： coarse-grained soil；dry density；fine content；void ratio；nonuniform coefficient；permeability coefficient；seepage regulation中图分类号：TV443 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）36-0105-030 引言粗颗粒土是按工程分类标准定名的一类土，不同的国家和部门，其划分标准不同，并存在一定的差异。
工程地质学 06渗透变形工程地质研究
第七章 渗透变形的工程地质研究
• 2．流土 – 流土是在渗流作用下一定体积的土体同时发 生移动的现象。流土一般发生于均质砂土层和 粘质砂土中。它可使土体完全丧失强度，而危 及建筑物的安全，因此危害性较管涌大。如建 筑物基坑开挖或地下巷道掘进时发生的流沙现 象。
– 管涌和流土虽为两种不同的渗透变形形式， 但管涌的发展、演化往往会转化为流土。
第七章 渗透变形的工程地质研究
• （2）地形地貌条件
– 地形地貌条件对渗透变形的影响，主要表现在 沟谷切割影响渗流的补给、渗径长度和渗流出口 条件等方面。若坝体上下游的沟谷将弱透水的表 土层切穿，则有利于渗流的补给，并使渗径缩短 而加大水力梯度。如果下游地下水溢出地段的渗 流出口临空，则极有利于渗透变形的产生。
– 所以岩土体的渗透稳定性取决于渗流的动水压 力与抗渗强度这一对矛盾相互作用的发展演化过 程。这也就是渗透变形产生的基本条件。
第七章 渗透变形的工程地质研究
• 1．渗流的动水压力和临界水力梯度
• （1）动水压力
– 当地下水在松散土体的孔隙中渗流时，土颗粒于水流围 绕接触。由于水流流线之间以及水流与土粒接触面上摩擦 阻力的作用，使得水流产生水头损失，因而渗流的水压力 将下降。此时，每一个土颗粒在水头差的作用下，承受来 自水流的渗透力。 – 为了推导出动水压力的数学表达式，假设渗透水流自下 而上流经一个单元土体（右下图），其长度为dl、断面面
积为d，上下界面的水头差为dh。
则此单元土体承受的总渗透压力dP为：
dP=wgdhd
其中，w为水的密度。
第七章 渗透变形的工程地质研究
– 习惯上将渗透压力分解作用在土体的单位体 积上，称为动水压力D：
D
dP
d dl
土工试验规程—粗颗粒土的渗透及渗透变形试验
式中 符号见本 规程式 （ ０２、式 （ ０３ ５ ．） ． ５ －） －
注 ：标准温度 （０ ２ Ｃ〕时试样 的渗透 系数应为 ｋ ＝ｋ ． ， 度的关 系杳 ５．３－０４ １９ 渗透试验 》表 ３４２ １ ７ １－ ９《 ２ ９ ． ， ．
７比念温 ｓ 值０ ｏ ７ ， ， ５
为２－２ ｃ ； 石不应小于ｄ 的３ 倍 ， 包括试 ０ ５ 卵 ｍ ； －５ 以 样中最大 颗
粒 为度。 装填分层厚度 砂土一般为 ２ ｃ 砂砾石 及砂 卵石 为 ＾３ ｍ； ｄ： １５ ． 倍 。 ， ．一２。 的 ４ １２ 原状试样制备 ．． １ 取样位置 应选择有代表性地层 和渗流流态条件 的不 同部 位 ，如防渗墙底部、坝基 内部段 、水流 出逸段 、抗 渗强度较低处
管之间试样厚度的ｌ－ｌ 曲线。 ｇ ｇ ｉ ｖ 临界坡降可根据Ｉ －ｇ 关系 ｇ ｌ ｉ 二
再缓慢地提升水箱， 每次提升 １ 待水箱水位与试样中 ｃ ｍ， 水位相
等 ，并停 １ ｍｉ ， 提升水箱。随着供水箱上升 ， ０ ｎ后 再 让水 由仪器 底部向上渗人 ，使试样缓慢饱和 ，以完全排除试样中的空气 。与 此同时， 随着水位 上升， 应接通相应 的测压管 。若试验用 自来水 ， （ 应 至少贮 存一 天曝气后再 用来作试 验用水 ，以减少水 中气体 的
５０５ 在双对数纸上 ， ．． 以渗透坡降 ： 为纵 坐标，渗透速度 二为横 坐标 ，绘制渗透坡降与渗流速度关系 曲线 （ ｉ ｖ曲线） 如 图 ｌ －Ｉ ｇ ｇ ，
Ｓ． ５ｅ ０．
５０６ 对管涌破坏的试样 ，应分别确定其临界坡降及破坏坡降 ．． 首先根据试样的总厚度作 出 Ｉｉ Ｉ，曲线 ，必要时还应作 出测压 ｇ－ ｇ － ，
行 检定 。
土的渗透性和渗流问题
VL k
Aht
适用土类：透水性较大的砂性土
• 室内试验方法1—常水头试验法
18
• 室内试验方法2—变水头试验法 试验装置：如图 试验条件: Δh变化，A，L=const 量测变量: Δh ，t
适用：透水性较小的粘性土
h1
Q 土样 L A
t=t1
t=t2
h2 水头 测管 开关
a
19
• 室内试验方法2—变水头试验法
cr
1 e
39
2.形成条件 流土
无压重时： i < icr : i > icr : i = icr :
土体处于稳定状态 土体发生流土破坏 土体处于临界状态
经验判断：
i i icr
Fs
[ i ] : 允许坡降
Fs: 安全系数1.5～2.0
40
管 在渗流作用下，一定级配的无粘性土中的细小 涌 颗粒，通过较大颗粒所形成的孔隙发生移动，
Δh=0 静水中，土骨架会受到浮力作用。 Δh>0 水在流动时，水流受到来自土骨架的阻力，同 时流动的孔隙水对土骨架产生一个摩擦、拖曳力。 渗透力 j ——渗透作用中，孔隙水对土骨架的作用力， 方向与渗流方向一致。
31
j
2、物理本质
土 粒
渗流
ab
贮水器 hw L 土样
0
Δh h1
h2
0 滤网
32
3、计算方法 土水整体分析
4
土石坝坝基坝身渗流
防渗斜墙及铺盖
不透水层
三方面的
土石坝
问题
浸润线
渗流量
透水层 渗透破坏
渗流控制
土的渗透变形:流土、管涌、接触冲刷、接触流失
1、流土：在向上的渗透作用下，表层局部土体颗粒 同时发生悬浮移动的现象
关于土渗透的研究综述
关于土渗透的研究综述鞠扬;张卓【摘要】分析土的渗透性及土渗透性的影响因素,通过控制实验变量的方法进行大量渗透实验,发现了土渗透性的主要影响因素,得到了关于土渗透的一般性规律,大量实验结果表明,土的渗透性主要与土的孔隙率、颗粒级配、物理状态、渗透液的密度、粘度有关.【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2019(045)011【总页数】2页(P64-65)【关键词】渗透性;渗透实验;影响因素【作者】鞠扬;张卓【作者单位】上海理工大学,上海 200082;上海理工大学,上海 200082【正文语种】中文【中图分类】TU4111 概述土的渗透性是土力学中的一个重要课题，土木工程领域里很多工程问题都和土的渗透性息息相关。
水在土中的渗透会引起很多工程问题，影响工程安全，耽误工程进度，造成效益损失。
因此，研究土的渗透规律及其与工程的关系有着重要意义。
2 研究综述2.1 无黏性土渗透性的研究现状法国工程师H·达西(Darcy，1855)对均质砂展开了很多渗透试验，结果显示层流条件下，土里水的渗流速度和能量损失之间关系的渗流规律，即为达西定律。
广大的研究学者们纷纷对无黏性土的渗透性展开了大量研究，王小江，荣冠，周创兵[1]通过试验，研究了不同围压下粗砂岩变形破坏过程渗透性，并且进行了相关理论分析，结论如下：在粗砂岩的变形渗透破坏过程中，轴向应变和环向应变对渗透性的影响基本上呈阶段性一致。
环向应变比轴向应变更快偏离线弹性状态，在塑性阶段环向应变增加的速度比较快，由强度峰值到渗透性峰值，环向应变的增加幅度约为轴向应变增加幅度的1.5倍～2.0倍。
由此可见，渗透性对环向应变的变化更为敏感。
万力，蒋小伟，王旭升[2]通过理论分析和现场数据，证实了渗透系数随深度衰减是不同类型含水层的普遍规律。
这种现象的根本原因在于岩体和地层的自重应力随着埋深的增加而增加。
应力的增加导致介质被挤压并且渗透性降低。
王俊杰，卢孝志，邱珍峰，梁越[3]通过试验研究渗透系数与分级，颗粒形状，干密度之间的关系，得出如下结论：粗颗粒土的渗透系数与颗粒大小分布，颗粒形状和土壤干密度密切相关，相关性从强到弱。
近10年土壤侵蚀与水土保持研究进展
近10年土壤侵蚀与水土保持研究进展本期期刊速读内容来自《土壤学报》杂志2020年6月的文章《近十年土壤侵蚀与水土保持研究进展与展望》，作者史志华，刘前进，张含玉，王玲，黄萱，方怒放，岳紫健。
史志华，男，博士，教授，主要从事土壤侵蚀与水土保持教学和研究工作。
摘要在当今生态文明背景下，土壤侵蚀与水土保持研究迎来了新的发展机遇和挑战。
本文首先采用文献计量学方法，定量分析了近10年来国内外土壤侵蚀与水土保持学科发展现状。
在此基础上，结合社会需求的变化，阐明了学科发展需求与存在问题。
最后，提出了本学科研究的重点领域与方向：水文过程与侵蚀产沙机理，土壤侵蚀过程及其定量模拟，全球变化下土壤侵蚀演变及其灾变机理，社会经济系统—水土流失的互馈过程，以生态功能提升为主的土壤侵蚀防治，以及土壤侵蚀研究新技术与新方法等。
正文土壤侵蚀是土壤及其母质在外营力作用下，被破坏、分离、搬运和沉积的过程；水土保持指对外营力造成的土壤侵蚀所采取的预防和治理措施，以保护水土资源、维持土地生产力，并建立良好生态环境的综合性科学技术。
土壤侵蚀与水土保持学科以土壤侵蚀过程为研究对象，揭示其发生发展规律，提出水土保持措施及相关对策。
随着认识的深入和社会需求的变化，本学科从对土壤侵蚀现象与影响因子的描述，拓展到对土壤侵蚀过程、预报模型、水保措施防蚀机理及其适应性的研究，并逐步延伸至面源污染、物质循环与全球变化等科学问题。
坡面是土壤侵蚀发生的基本单元，流域是水土保持的基本单元，因此，本学科目标是通过主控要素识别和关键过程剖析，揭示坡面和流域尺度上土壤侵蚀过程的发生发展规律并建立预报模型，阐明水土保持措施的防侵蚀机理与其适应性，提出适用于不同区域的水土保持范式，为土壤侵蚀评价与防治提供科学依据，服务于生态文明建设和绿色发展。
本文利用文献计量法，总结分析了坡面和流域尺度上土壤侵蚀与水土保持学科近10年研究的核心方向与热点，明确了我国取得的主要成就及国际地位，探讨了未来研究的重点领域与方向，为有针对性开展土壤侵蚀过程与机理研究、解决水土保持关键技术与瓶颈问题提供参考。
粗颗粒土的渗透及渗透变形试验
①取样位置。应选择有代表性地层和渗流流态条件的不同部位，如防渗墙底部、坝基内部段、水流出逸段、抗渗强度较低处等部位取样。
②在取样地点。首先挖一尺寸大于试样尺寸的土柱，除去土样表面的扰动土，再用削土工具小心地慢慢地将土样削至所要求尺寸（圆形）。
③环绕土柱底四周的水平土面上铺垫一层砂，并使垫砂平整。
（10）如果连续4次测得的水位及渗水量基本稳定，又无异常现象，即可提升至下一级水头。
（11）对于每级渗透坡降，均按（9）的规定重复进行直至试验破坏。当水头不能再继续增加时，即可结束试验。
试验数据记录与处理
1. 按下列两式计算试样的干密度和孔隙率。
（1）干密度：
（2）孔隙率：
土粒比重GS应为粗细颗粒混合比重，既：
（2）扰动试样制备
①从风干、松散的土样中，取具有代表性土样，进行颗粒分析试验，确定试样的颗粒级配，并绘制颗粒级配曲线。
②根据试验土样粒径，按仪器内径应大于试样粒径d85的5倍选择仪器。当常规试验的仪器内径不能满足要求时，应设计加工大直径的渗透变形仪。或根据试样情况，亦可对最大允许粒径以上的粗颗粒按SL237-053-1999规程3.1.3的规定加以处理。
③根据需要控制的干密度及试样高度，按下列公式计算试样质量：
md=ρdπr2hˊ
式中 md—试验需要的干土质量，g；
ρd—需控制的干密度,g/cm3；
r—仪器筒身半径，cm；
hˊ—试样高度，cm。
④称取试样后，为减少粗细颗粒分离现象，保证试样的均匀性，应当分层装试样，且每层的级配应相同，还可酌加相当于试样质量1%～2%的水分，拌和均匀后再进行装样。
（7）提升供水箱，使供水箱的水面高出渗透容器的溢水口（上进水口），保持常水头差， 形成初始渗透坡降。
粗粒土垂直渗透变形仪试验
粗粒土垂直渗透变形仪试验今天咱们聊聊粗粒土的垂直渗透变形仪试验。
听名字可能觉得高深莫测，其实说白了，就是研究土壤的渗透性能和变形特征，简直就像给土壤做个“体检”。
想想，如果土壤也能开口说话，那它一定会告诉我们，自己在水里泡着的时候，究竟能有多稳，能承受多少压力。
每次试验都让我觉得像是在进行一场与土壤的亲密接触，充满了期待和惊喜。
咱们得准备好试验的设备，垂直渗透变形仪就像一台神奇的机器，外形看起来挺复杂，但操作起来其实没那么难。
就像你第一次学骑自行车，开始时可能跌跌撞撞，但一旦掌握了要领，轻松自如简直就像风一样。
设备里有个小仪器，能测量土壤的渗透速度，真是神奇的玩意儿。
你把土样放进去，加入水，开始慢慢观察，心里那种期待感，就像看电影前的预告片，让人心跳加速。
试验的过程中，水就像一位调皮的小精灵，缓缓流过土壤，打着转，四处游荡。
看着水分渗透下去，感觉就像是在看一场精彩的舞蹈，土壤在“跳舞”，水在“伴舞”。
真是难得的时刻，不禁让人想起“千里之行，始于足下”这句话，感觉每一滴水都在为土壤的未来铺路。
试验结果出来后，哇，那可是个大惊喜，或者小失望，完全看你对土壤的理解有多深了。
说到结果，这可得好好聊聊。
比如，渗透系数的高低，简直就是土壤的性格。
要是渗透系数高，那土壤就像个大海绵，爱喝水，排水能力超强；可要是低，那就像个不爱说话的内向者，水进得慢，出得也慢。
这时候就得考虑一下，哎，咱们的建筑可得长个心眼，选对地方，别让这些土壤捣乱，毕竟“千防万防，家贼难防”，一旦遇到大雨，土壤可能就会变得不听话。
除了渗透性，变形特性也很重要。
土壤在受到压力的时候，像个小孩子在玩捉迷藏，时不时就会缩缩、膨胀，真是让人哭笑不得。
通过试验，我们能看到它在压力下是如何反应的，就像观察朋友在各种场合下的表现。
每一种表现都是一份珍贵的经验，可以帮助我们更好地理解土壤的性格，让我们在未来的工程建设中少走弯路。
试验中还有一个细节，那个土样的准备可是个技术活。
粗粒土垂直渗透变形试验记录
粗粒土垂直渗透变形试验记录今天我们聊聊一种在土木工程中经常用到的实验——粗粒土的垂直渗透变形试验。
你可能会想，啥是粗粒土？其实，就是那些大颗粒的土，比如沙子和小石子。
想象一下，把一袋沙子倒在地上，你看到的就是粗粒土。
那垂直渗透又是啥意思呢？简单来说，就是看水怎么穿过这些大颗粒土，流得快不快，变形多不多。
1. 为什么要做这个实验？1.1 了解土壤的特性首先呢，咱们做这个实验是为了更好地了解土壤的特性。
粗粒土虽然颗粒大，但是它的空隙也是不容小觑的。
这空隙的大小和水流的速度是密切相关的，搞懂这些可是在给大楼打基础的时候避开“坑”的关键。
1.2 预防地基沉降地基沉降可不是闹着玩的，咱们得提前预防！通过这个实验，我们能算出土壤在渗水后的变形情况，做好万全准备，确保未来的建筑物能扎稳脚跟，稳如老狗。
2. 实验过程2.1 准备好仪器设备实验开始，第一步可得好好准备你的实验设备。
我们需要一个渗透试验仪，听起来挺高大上的吧？其实就是个大容器，底下有个小孔，用来让水慢慢渗透。
基本上，拿去试验前，你就得把管子、表、试验土全都凑齐，确保一切万无一失。
2.2 选择样品接着，要从你葱郁的工地上挖出一些粗粒土样品。
选土可不简单，得保证它的纯度，不能夹杂别的东西，不然实验结果真让你哭笑不得。
随后，把土样放到容器里，别忘了做好标记，免得搞混了。
2.3 开始测试水开始倒入实验仪，咱们看着水慢慢渗透下去，心中那个激动啊！根据时间记录水的流量。
每隔一段时间，咱们就用尺子测量一下土的沉降程度。
这样一来一回的，实验就是这么简单又有趣！3. 实验结果分析3.1 渗透系数实验结束后，记得一呼一吸，静静分析结果。
水的渗透速度和土的变形量就能帮我们算出一个重要的“渗透系数”。
这个系数越大，说明水通过土的速度就越快。
别看这小小的数值，它可是地基设计的重要指标，能让工程师们事半功倍。
3.2 总结经验教训最后，当然得总结经验了！如果发现结果和预期差距大，得想想哪里出了问题，也许是土样处理不当，也许是测量不够精确。
对粗粒土渗透变形研究的进展
要原 因 。例 如 ：９１年 ７月 ， 度 的潘 谢 特 大 坝 在 １６ 印
其一期 工程接 近竣 工 时 失事 ， 涌 破 坏被 认 为是 失 管
试验总结出： 无粘性粗粒土 的渗透变形或渗透破坏
一
般可分为两大类 ：１在渗流作用下常常是试样整 （）
事 的主要原 因 。英 格 兰 的 巴德 黑德 坝 ， 一 座具 有 是 砾质 黏土心墙 石碴 坝 ，９８年该 坝 在水 库 连续 蓄满 １６ 水两年 多之 后 ， 坝 顶 上 游 边 缘 附 近 出现 了塌 坑 。 于
粗 粒土 （ 砂 、 砾 、 料 和 石 碴 等 ） 粘 性 粗 粒 土 如 砂 石 和 （ 如砾 质土 、 化料 和冰碛 土等 ） 风 。
近３ ０年来 ， 着 土工 试 验技 术 ， 随 特别 是 大 型 土 工试 验 仪器 的发展 及震 动平 碾 的使 用 ， 坝料 的限 对
制有较 多的突破 和放 宽 ， 而 国 内外在 筑 坝材 料 选 因
１ 前
言
土料 中的细料 而发 生 管 涌 ， 终 在坝 顶 形 成塌 坑 和 最
冲蚀破 坏 的广泛 区域 。 １７ ９６年 ６月 ５日， 国 的提 美
粗粒 土是 粒 径 大 于 ０ １ ｍ（ ０ ０４ ｍ） 颗 ．ｍ 或 ．７ ｍ 的
堂大坝 在初 次蓄水 时 由于靠 近坝肩 的心墙 料发生 管
性的影响因素和渗透变形的现有研究进展 。 关键词 ： 土石坝 ； 无粘性土； 粘性土 ； 渗透变形 ； 渗透 ； 特性 中图法分类号 ： Ｕ ４ ； Ｕ ４ Ｔ ４ １Ｔ ４２ 文献标识码： Ａ 文章编号 ：０３ ８５２０ ）１ ０４ ０ １０ —９０ （０８０ — ０８— ８
经查 明 ： 通过 心墙 中的裂缝 产生集 中渗漏 ， 逐渐带 走
粗粒土试验与力学特性研究现状_汪丁建
长期以来，粗粒土物理力学 性 质 备 受 人 们 关 注，原因在于： 一方面，从地质角度看，粗粒土是 岩石在长期风化过程中崩积、堆积、残积或冲积形 成的，具有不同的地质和年代属性，揭示粗粒土物 理力学性质是分析和评价堆积层滑坡的基础［3 － 6］． 另一方面，从工程建筑角度看，粗粒土具有压实性 能好、透水性强、抗剪强度高、沉降变形小等特性，
面的研究． E-mail： djw ang1991@ foxmail． com * 通讯作者： 唐辉明，E-mail： tanghm@ cug． edu． cn．
944
冰
川
分析不同因素对粗粒土强度影响［14 － 15］，研究粗粒 土颗 粒 破 碎 规 律［16 、 － 17］ 粗 粒 土-结 构 相 互 作 用［18 － 20］及特殊粗粒料力学性质［21 － 23］等方面均发挥 了重要作用．
原位试验是指利用自然工况条件、在天然岩土 体或填筑压实的土石料上开展的原型试样力学测 试，由于试样结构未发生扰动，故而测试获得的参 数更加符合真实值． 但另一方面，受场地条件和时 间成本限制，原位试验数量有限，且测试结果只代 表局部岩土体性质，有一定的不确定性．
粗粒土原位试验旨在获取土体强度参数，按参 数求取方法可分为两种，即直接测试法和间接测试 法． 直接测试法包括原位直剪试验、原位三轴试验 等，试验原 理 与 室 内 直 剪 试 验 和 室 内 三 轴 试 验 相
粗粒土试验研究
状态变化曲线，可以看出两个模型给出的泊松比值差
别是非常大的。初看起来是由于对体变曲线的假定不
同，实质上是因为邓肯模型不能反映剪胀性的缘故。
式中，K=tan2(45°+ϕu /2)，为与内认识也是完全虚构的，但试验资料表明，Rowe 剪胀
⎞m ⎟ ⎠
，
(2)
相应切线泊松比为
μt
= 0.5 −
Et 6Bt
= 0.5 −
K 6Kb
⎛ ⎜
σ
3
⎝ pa
⎞n−m ⎟ (1 − ⎠
Rf S )2 。(3)
显然，E–B 模型得到的切线泊松比 μt 是一个小 于 0.5 的数。图 1 为一组堆石料三轴试验成果求得的 E
– μ ，E–B 模型参数反算得到的切线泊松比随应力
点，就是在弹性理论的基础上引入剪切体变模量。应
该肯定的是三参数（静水压力体变模量 K1，剪切体变 模量 K2，剪切模量 G）K–G 模型比两参数非线性弹 性模型从力学概念上看应该更加合理，然而数值分析
中存在一个不容忽视的问题，往往简单地将
K
=
(K2
K1K2 + K1dq
/
dp)
作为综合体变模量进行有限元分
CHENG Zhan-lin，DING Hong-shun，WU Liang-ping
(Key Laboratory of Geotechnical Mechanics and Engineering of the Ministry of Water Resources, Yangze River Scientific Research Institute, Wuhan 430010 , China)
并提出了九参数堆石料蠕变的数学表达式及相应的参
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对粗粒土渗透变形研究的进展
前言
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、石料和石碴等) 和粘性粗粒土(如砾质土、风化料和冰碛土等) 。
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震动平碾的使用, 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碴坝。
粗粒土的渗透性是粗粒土筑坝的力学特性之一,它包括渗透性和渗透变形。
由于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= (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 = (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,即在水流作用下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。
总之,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. 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可分为两大类: (1) 在渗流作用下常常是试样整体同时起动带走而破坏, 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。
介于这两类之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石碴料的情况
粘性粗粒土的渗透特性
粘性粗粒土主要包括砾质土、风化料和冰碛土等。
一般填筑坝的防渗体时, 不但渗透系数要达到防渗要求,即K≤(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石含量、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) 。
当P5 <30 %～40 %时,随着粗粒含量增加,渗透系数有明显减少的趋势; 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 %时, 渗透系数增加更剧烈。
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2×10 - 7cm/ s ( < (10 - 4～10 - 5) cm/ s ) ; 又如瀑布沟冰碛土要求P5 不大于60 %时, K值为715 ×10 - 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面要求细粒黏土含量要高,即要求其渗透系数K< 1 ×10 - 6cm/ s 。
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;同时一旦产生裂缝,这种黏土抗冲刷能力显著降低,甚至还不如粘性粗粒土,而且裂缝愈合能力差。
近年来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,与其中的细粒(小于01074mm 或011mm) 含量有关(见图7) 。
可见,小于01074mm 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。
又如冰碛土的渗透性,只要粗粒含量不超过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1915kN/ m3 , 渗透系数可增大30～50 倍之多。
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615 ×10 - 2cm/ s 降至1140 ×10 - 5cm/ s ) 。
因此, 对于瀑布沟的冰碛土,在密实状态下(γ d = 2314kN/ m3) , 若筛去大于60mm 或80mm 的超粒径颗粒, 其渗透系数至少可达到K≤10 - 5cm/ s 的要求。
此外,当试样固结后,应力状态对冰碛土的渗透性有明显降低的影响;某些砾质土,还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验研究。
结语
(1) 粗粒土用作土石坝、石碴坝的筑坝材料时,针对其渗透特性特别是渗透变形机理的研究是一个很重要的实际问题。
(2) 砂砾石和石碴料的渗透变形有共同特点和区别,研究影响临界梯度因素的成果比较完善,有一套判别渗透变形的判别方法和计算临界梯度的公式。
(3) 影响粘性粗粒土渗透性因素的研究成果较完善,而对渗透变形特点的研究还不够成熟,所提供国内外的研究成果和实例分析可供实际工程参考应用。
参考文献:
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