细粒土渗透特性的影响因素试验研究

细粒土渗透特性的影响因素试验研究

土的渗透特性及渗流的基本规律是岩土工程中的一个重要的研究课题。由于以往对粘性土的渗透性认识不足,细粒土(尤其是粘性土)渗透系数的计算值通常与实际工程参数之间存在着一定的差异。

故本文考虑结合水的影响,对粗粒土渗透系数计算公式进行修正,得到适用于细粒土的渗透系数计算公式,提出了粗粒土与细粒土渗透系数统一计算公式。进一步运用室内渗透试验、模型试验及数值模拟对修正后渗透系数计算公式的合理性进行验证,结果表明修正后的科森-卡门渗透系数经验公式更加适用于细粒土。

主要工作及成果如下:(1)一般情况下,细粒土的渗透系数直接采用计算粗粒土渗透系数的公式或经验公式计算。但是直接运用粗粒土渗透系数公式所得细粒土计算值与实测值之间存在较大差距,甚至存在数量级的差异。

因此,粗粒土渗透系数的经验公式必须修正和改进才能应用于细粒土,以实现粗粒土和细粒土渗透系数经验公式的统一。经过对比分析,科森-卡门渗透系数经验公式与本研究的内容更为一致。

因此,采用科森-卡门渗透系数经验公式作为计算粗粒土渗透系数的公式。在此基础上进行修正,以获得适用于细粒土的科森-卡门渗透系数经验公式;(2)与粗粒土相比,细粒土中的孔隙被结合水占据的比例较大,这部分结合水具有类似于固体的性质,渗流液体不能通过其间产生渗流,从而减小了细粒土中的有效渗流通道,正是由于这部分被结合水所占据的无效孔隙的存在,出现了细粒土的孔隙比较大而渗透系数反而比粗粒土更小的现象。

因此,本文提出了有效孔隙比的概念。为了量化有效孔隙比,推导出有效孔隙

比的计算公式,并将科森-卡门渗透系数经验公式中的孔隙比全部用有效孔隙比进行替换,得到修正后的适用于细粒土的科森-卡门渗透系数经验公式;(3)为了验证推导出来的适用于细粒土的科森-卡门渗透系数经验公式的合理性,本文选用四种土进行室内渗透系数测定试验。

在进行室内渗透试验之前需对试验所用四种土,即宁夏砂土、宁夏砂壤土、西安北客站黄土以及湖南衡阳软粘土进行基础参数的测定,包括四种土的比重、颗粒级配、最优含水率、最大干密度以及液塑限。在进行室内渗透试验时,砂土采用的是常水头渗透试验,而砂壤土、黄土与软粘土渗透性较差,采用变水头渗透试验能够使得试验数据更加准确。

对于同一种土,分别用五种不同干密度来控制试样的孔隙比,从而得到不同孔隙比下的渗透系数。并对干密度为定值时的同一种土分别采用不同细颗粒含量进行试验,测定了相同干密度下细颗粒含量对土壤渗透系数的影响。

并对试验数据进行记录、整理及分析。将宁夏砂土作为对比项,对宁夏砂壤土、西安北客站黄土以及湖南衡阳粘土试验结果与运用修正前、后科森-卡门渗透系数经验公式进行对比分析,从而验证了修正后的科森-卡门渗透系数经验公式更加适用于细粒土,即验证了修正后科森-卡门渗透系数经验公式的合理性。

(4)运用Geo-studio软件对宁夏引黄灌区骨干渠道砌护与渗漏试验进行工程模拟,选取渠道中土质为砂壤土且为全不衬的情况下,试验所测得的渗漏量与运用修正前、后科森-卡门渗透系数经验公式所计算的渗透系数代入Geo-studio 软件后模拟出来的渗漏量进行对比,从而进一步验证修正后科森-卡门渗透系数经验公式的合理性。