散粒土渗透破坏判别方法试验研究.pdf

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1、第46卷第18期人民长江Vo1．46．No．182015年9月YangtzeRiverSep．，2015文章编号：1001—4179(2015)18—0075—05散粒土渗透破坏判别方法试验研究梁越一，曾超，储昊，张强'2(1．重庆交通大学国家内河航道整治工程技术研究中心，重庆400074；2．重庆交通大学水利水运工程教育部重点实验室，重庆400074)摘要：渗透破坏是诱发土石坝、堤防、基坑开挖等岩土工程失稳破坏的重要原因之一，目前对于土体渗透破坏判别方法的研究已经取得了比较多的成果，但是对于不同判别方法的适用性和使用范围没有明确的划分。利用自主研发的渗透破

2、坏实验装置，开展了一系列散粒土渗透破坏特性试验，研究了细颗粒含量、细颗粒组成以及干密度等对散粒土渗透破坏特性的影响，得到了试样渗透破坏过程中渗流流速、临界水力梯度、渗透系数等的变化规律。同时，将试验结果与已有的判别方法和计算方法的结果进行了对比分析，得出了各种方法的适用范围和优缺点。关键词：散粒土；渗透破坏；判别方法；临界水力梯度中图法分类号：P642文献标志码：ADOI：10．16232／j．cnki．1001—4179．2015．18．019渗透破坏是由土中水流动引起工程失稳破坏的统体自身性质出发，没有考虑外部环境变化对于土体渗称，是常见的涉水工程灾害之

3、一。管涌、流土、接触冲透特性的影响，如土体的应力状态、渗流方向等；同时，刷等是渗透破坏的主要形式。渗透破坏临界条件及渗已有的临界水力梯度公式以单个颗粒的受力机理为研透破坏类型的判别是相关研究的基本问题。国内外学究对象，这与土体内部单个颗粒的实际受力情况差异者利用模型试验、原位试验及理论分析等方法对渗透较大，因而现有的判别方法具有很大的局限性和片面破坏的发生发展进行了大量的研究，并在渗透破坏理性。论方面取得了一系列的研究陈果，包括渗透破坏类型根据上述分析，现有的管涌判别方法与实际情况判别的不均匀系数法、级配曲线法、特征粒径较难吻合，难以涵盖影响土体管涌的各个参

4、数。因此，法、细粒含量法以及同时考虑颗粒级配和密本文通过自研渗透仪，以散粒土为试验材料，研究了细实度影响的管涌型土判别方法“等。渗透破坏发颗粒含量、细颗粒组成以及干密度等对于散粒土渗透生的临界条件也是研究的热点问题，如w．G．Bligh¨特性的影响，并将试验结果与理论结果进行对比分析，提出了最早的抵抗管涌破坏的总水头经验公式；C．验证了不同判别方法的适用性，分析了各种判别方法Ojha【13]考虑了土体的孔隙率在判别临界水头时的作的优缺点。用，建立了临界水头的计算公式；Terzaghi等¨根据土1散粒土渗透破坏试验体颗粒的自重、静水浮力和渗透力等的平衡原则提出

5、了管涌的临界水力梯度判别方法；近年来，随着研究人1．1试验装置员认识到管涌的实质是可动颗粒静力平衡遭破坏的过试验系统由自制渗透仪、上游供水装置、量测设备程，根据可动颗粒受力情况，结合泥沙运动研究成组成(见图1)。渗透仪为有机玻璃圆柱体，内径11果¨，提出了管涌发生时的临界流速公式¨”。cm，高14．5cm，下部封底并设有进水口，与上游定水现有的管涌判别方法仅从颗粒级配和密实度等土头装置相连，模型试样底部开孔连接测压管，测量上游收稿日期：2015—04—20基金项目：国家自然科学基金(51349007，51409029)作者简介：梁越，男，副教授，博士，主要从

6、事岩土渗透理论等方面的研究。E—mail：liangyue2560@163．com76人民长江2015篮入水水头高度；模型上部出水口为自由溢流口，保持与进行试验；⑤打开进水管，通过牵引端抬升水箱，每一出水口高度齐平的下游水头。模型出水口外沿设有集级水头升高1～2em，观察并记录试验现象；⑥待传感水槽，将涌水涌砂汇集并流入下游砂水分离装置，利用器数值稳定后，记录测压管水头和采集时间；⑦若无称重法测量单位时间渗流量。渗透仪底部设有6em渗透破坏现象，则继续增加水头直至试样破坏。高缓冲区，用于为试样提供均匀水流。上游供水装置由包括供水箱、滑轮、牵引端组成。水箱底部

7、分别与水源、进水管、出水管相连，三者形成一定的高差，从而能够为试样底部提供稳定的水头。通过滑轮和牵引端能够使水箱高度稳定上升。量测设薹■备包括测压管、下游集水箱、称重传感器和数据采集系伽统。测压管由有机玻璃管与刻度尺组成，将其固定在支架上用于准确读取上游水头。下游集水箱与称重传感器相连，通过单位时间内水量的变化来计算渗透流速，如下式所示=㈩式中，A为土样横截面的面积；aG为at时间内涌水重量，N；P为水的密度，kg／m。图2颗粒级配表1试样编号及土体参数图1试验装置1．2试验方案与试验过程试验中对于土体渗透破坏类型的判别：①当上游采用的试验材料为散粒土，土颗

8、粒球形度较好。水头增加到某一值时，试样表面如果形成泉