無粘性粗顆粒土滲透性的影響因素分析

 引言
無粘性粗顆粒土具有壓實性好、承載力高、變形性好等諸多優(yōu)點，在一些工程建設(shè)中廣泛使用，尤其是水利工程，隨著水利工程各項技術(shù)、實驗的發(fā)展，粗顆粒土成為土石壩建設(shè)的主要材料。但是粗顆粒土也有一些缺點，比如說抗?jié)B性低，顆粒均勻性差等，而無粘性粗顆粒土的滲透性又是土石壩建設(shè)的一個重要指標(biāo)，所以我們在本文中，對影響無粘性粗顆粒土滲透性的影響因素進(jìn)行分析，研究影響無粘性粗顆粒土滲透系數(shù)的因素。
1 無粘性粗顆粒土以及其滲透性分析
土是一種三相組成的多孔介質(zhì)，其空隙在空間上是相同的，土可以分成不同的種類，按照粒徑分，可以分為粗顆粒土和細(xì)顆粒土；按照粘性分，可以分為粘性土和無粘性土。我們在本文中研究的土質(zhì)為無粘性粗顆粒土。
無粘性粗顆粒土在工程建設(shè)中經(jīng)常遇到，是一種廣泛使用的建筑材料，根據(jù)調(diào)查無粘性粗顆粒土在各種工程中的使用量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于粘性土的使用量，這種土質(zhì)之所以被廣泛使用是因為其本身具有很多的優(yōu)點，高強(qiáng)度、高承載力、低壓縮性等，但是在眾多優(yōu)點中無粘性粗顆粒土也有一定的不足，它沒有很好的抗?jié)B性、顆粒的均勻性也很差，在水流的沖擊下很容易被破壞，在一些以無粘性粗顆粒土為主的工程中發(fā)生工程事故的事件時有發(fā)生，這是在進(jìn)行工程建設(shè)中沒有正確的認(rèn)識到這種土質(zhì)的特性導(dǎo)致的[1]。無粘性粗顆粒土的滲透性影響因素有很多，比如水質(zhì)、穩(wěn)定、試驗方法等。
土的滲透性主要是指水流通過土中的縫隙進(jìn)行流通的難易程度，是土的一個重要性質(zhì)，在水利工程中無粘性粗顆粒土的滲透性起著關(guān)鍵性的作用，所以我們對無粘性粗顆粒土的滲透性進(jìn)行研究，對影響無粘性粗顆粒土滲透性的影響因素進(jìn)行分析。
2 無粘性粗顆粒土滲透性的影響因素
經(jīng)過研究，對土的滲透性有主要影響的因素為流體、土的特性，土的特性有：顆粒大小、形狀、密度、粘性等[2]。通過土層的流體對土的滲透性影響主要是粘滯度，流體的粘滯度會受到溫度的影響，溫度升高，流體的粘滯度就會下降，流動速度就會增大，穩(wěn)定降低，流體的粘滯度就升高，進(jìn)而流體的流動速度就會減慢，土層的滲透性就會下降。土質(zhì)的顆粒度也會影響其滲透性，顆粒越細(xì)，土的滲透性越低，土的顆粒越粗，其滲透性越好，土的顆粒大小影響著土粒之間縫隙的大小，土粒之間的縫隙大小影響著其滲透性，所以土的顆粒大小影響其滲透性。土的密度大小也會影響土的滲透性，土的密度越大，其土粒之間的孔隙就越小，隨之其滲透性就會降低，土的密度小，土粒之間的孔隙就增大，其滲透性增大[3]。
我們在本文中主要研究的是無粘性粗顆粒土滲透性，所以我們重點對粗顆粒土的顆粒大小、密度、孔隙等進(jìn)行研究。在達(dá)西實驗中得出，水流在土層中的流動速度和水利坡降是正例關(guān)系：v=KI，其中K為滲透系數(shù)[4]。這個結(jié)論是水利地質(zhì)工程中的一項重要參數(shù)，而滲透系數(shù)的大小會受到很多因素的影響，以下我們對無粘性粗顆粒土的滲透性進(jìn)行試驗研究。
3 無粘性粗顆粒土滲透性影響因素試驗
采用滲透變形儀器，三種不同的無粘性粗顆粒土，在滲透儀中將三種無粘性粗顆粒土分成三層進(jìn)行搗實，每層土的級配相同，采用自來水進(jìn)行滲透試驗，試驗時間在24小時以上，第一級加水，土層滲透坡降為0.02～0.03。以后按0.05、0.1、0.15…等進(jìn)行坡降遞增，在臨界點時，遞增坡降值要減小，每級加水連續(xù)三次對滲透儀中的水位以及滲透量進(jìn)行測定，沒有異常則進(jìn)行下一級的加水，當(dāng)水流不再增加或者滲透儀中的土層試樣被破壞，則試驗結(jié)束。我們進(jìn)行的此次試驗以達(dá)西原理為基礎(chǔ)，對無粘性粗顆粒土的滲透系數(shù)進(jìn)行計算。此次試驗采用的無粘性粗顆粒土從某個水利工程土石壩建筑材料中選取，分別是過渡料、墊層料、特殊墊層料，試驗材料的物理參數(shù)在取樣現(xiàn)場進(jìn)行測定。根據(jù)滲透儀的試驗材料的粒徑要求（最大60mm），過渡料和墊層料不符合要求，所以直接用其中粒徑在60mm以下的部分代替。縮尺后的試驗材料參數(shù)資料見
表1。
通過無粘性粗顆粒土的滲透性試驗，三種無粘性粗顆粒土的滲透結(jié)果見表2，因為試驗條件的有限性，我們對土粒間的孔隙和其滲透系數(shù)之間的關(guān)系繪成曲線圖進(jìn)行分析研究。
從試驗結(jié)果進(jìn)行分析，過渡料的滲透系數(shù)明顯的比墊層料和特殊墊層料的滲透系數(shù)大，從每種無粘性粗顆粒土的孔隙比進(jìn)行分析，孔隙比和滲透系數(shù)之間有一定的線性關(guān)系，雖然我們進(jìn)行的試驗次數(shù)較少，但是在一些理論和物理學(xué)者的研究理論以及滲透實驗的結(jié)果，將孔隙比和滲透系數(shù)之間存在的線性關(guān)系確定。而過渡料的滲透系數(shù)比其他兩種無粘性粗顆粒土的滲透系數(shù)大，根據(jù)試驗材料的基本物理參數(shù)可以判斷為：過渡料中細(xì)顆粒占有的比例相對于墊層料和特殊墊層料中細(xì)顆粒的含量較少，我們也由此得出無粘性粗顆粒土的顆粒度越大，其土體之間的孔隙就會越大，進(jìn)而該種粗顆粒土的滲透性就大。
從墊層料和特殊墊層料的試驗結(jié)果進(jìn)行分析，特殊墊層料的不均勻系數(shù)比墊層料的不均勻系數(shù)小，但是試驗材料的基本資料中特殊墊層料的容重比墊層料的容重大，而且干密度也比墊層料的大，綜合各種因素，這兩種試驗材料的孔隙比接近，所以這兩種試驗材料的滲透系數(shù)相差不大。我們由此得出，土體的孔隙比是影響無粘性粗顆粒土滲透性的主要因素。將無粘性粗顆粒土的容重、干密度、孔隙比控制在相同或者接近的范圍時，粗顆粒土的不均勻系數(shù)才會對其滲透系數(shù)產(chǎn)生影響[5]。
綜合以上的試驗結(jié)果，以及各項無粘性粗顆粒土的基本參數(shù)，我們將本次試驗無粘性粗顆粒土滲透性的影響因素中，最主要的影響因素定為孔隙比，其他影響因素對無粘性粗顆粒土滲透性的影響很小。無粘性粗顆粒土的顆粒組成中顆粒度較大且分散分布，雖然其滲透性有很多的影響因素，但是我們將影響效果最為顯著的孔隙比作為主要的影響因素。土體的顆粒越小，其滲透性就越小。將除不均勻系數(shù)以外的各項條件控制在相同或接近的位置，不均勻系數(shù)才會對土體的滲透系數(shù)有一定的影響。
4 小結(jié)
我們在本文中對無粘性粗顆粒土以及滲透性進(jìn)行了認(rèn)識，對影響無粘性粗顆粒土滲透性的影響因素進(jìn)行了試驗，根據(jù)試驗結(jié)果，我們知道土體的滲透系數(shù)和孔隙比存在一定的線性關(guān)系，其中無粘性粗顆粒土滲透性的主要影響因素為孔隙比，其他影響因素對滲透性的影響很小，而且需要對其他參數(shù)等進(jìn)行控制，這種影響才會凸顯。