無(wú)粘性粗顆粒土滲透性的影響因素分析

 引言
無(wú)粘性粗顆粒土具有壓實(shí)性好、承載力高、變形性好等諸多優(yōu)點(diǎn)，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(xiàng)技術(shù)、實(shí)驗(yàn)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(diǎn)，比如說抗?jié)B性低，顆粒均勻性差等，而無(wú)粘性粗顆粒土的滲透性又是土石壩建設(shè)的一個(gè)重要指標(biāo)，所以我們?cè)诒疚闹?，?duì)影響無(wú)粘性粗顆粒土滲透性的影響因素進(jìn)行分析，研究影響無(wú)粘性粗顆粒土滲透系數(shù)的因素。
1 無(wú)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(wú)粘性土。我們?cè)诒疚闹醒芯康耐临|(zhì)為無(wú)粘性粗顆粒土。
無(wú)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(wú)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?yàn)槠浔旧砭哂泻芏嗟膬?yōu)點(diǎn)，高強(qiáng)度、高承載力、低壓縮性等，但是在眾多優(yōu)點(diǎn)中無(wú)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(wú)粘性粗顆粒土為主的工程中發(fā)生工程事故的事件時(shí)有發(fā)生，這是在進(jìn)行工程建設(shè)中沒有正確的認(rèn)識(shí)到這種土質(zhì)的特性導(dǎo)致的[1]。無(wú)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(yàn)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(gè)重要性質(zhì)，在水利工程中無(wú)粘性粗顆粒土的滲透性起著關(guān)鍵性的作用，所以我們對(duì)無(wú)粘性粗顆粒土的滲透性進(jìn)行研究，對(duì)影響無(wú)粘性粗顆粒土滲透性的影響因素進(jìn)行分析。
2 無(wú)粘性粗顆粒土滲透性的影響因素
經(jīng)過研究，對(duì)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(duì)土的滲透性影響主要是粘滯度，流體的粘滯度會(huì)受到溫度的影響，溫度升高，流體的粘滯度就會(huì)下降，流動(dòng)速度就會(huì)增大，穩(wěn)定降低，流體的粘滯度就升高，進(jìn)而流體的流動(dòng)速度就會(huì)減慢，土層的滲透性就會(huì)下降。土質(zhì)的顆粒度也會(huì)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(huì)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(huì)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?cè)诒疚闹兄饕芯康氖菬o(wú)粘性粗顆粒土滲透性，所以我們重點(diǎn)對(duì)粗顆粒土的顆粒大小、密度、孔隙等進(jìn)行研究。在達(dá)西實(shí)驗(yàn)中得出，水流在土層中的流動(dòng)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(gè)結(jié)論是水利地質(zhì)工程中的一項(xiàng)重要參數(shù)，而滲透系數(shù)的大小會(huì)受到很多因素的影響，以下我們對(duì)無(wú)粘性粗顆粒土的滲透性進(jìn)行試驗(yàn)研究。
3 無(wú)粘性粗顆粒土滲透性影響因素試驗(yàn)
采用滲透變形儀器，三種不同的無(wú)粘性粗顆粒土，在滲透儀中將三種無(wú)粘性粗顆粒土分成三層進(jìn)行搗實(shí)，每層土的級(jí)配相同，采用自來水進(jìn)行滲透試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)間在24小時(shí)以上，第一級(jí)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(diǎn)時(shí)，遞增坡降值要減小，每級(jí)加水連續(xù)三次對(duì)滲透儀中的水位以及滲透量進(jìn)行測(cè)定，沒有異常則進(jìn)行下一級(jí)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(yàn)結(jié)束。我們進(jìn)行的此次試驗(yàn)以達(dá)西原理為基礎(chǔ)，對(duì)無(wú)粘性粗顆粒土的滲透系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。此次試驗(yàn)采用的無(wú)粘性粗顆粒土從某個(gè)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(yàn)材料的物理參數(shù)在取樣現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)定。根據(jù)滲透儀的試驗(yàn)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?？s尺后的試驗(yàn)材料參數(shù)資料見
表1。
通過無(wú)粘性粗顆粒土的滲透性試驗(yàn)，三種無(wú)粘性粗顆粒土的滲透結(jié)果見表2，因?yàn)樵囼?yàn)條件的有限性，我們對(duì)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(yàn)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(wú)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(yàn)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(shí)驗(yàn)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(wú)粘性粗顆粒土的滲透系數(shù)大，根據(jù)試驗(yàn)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(duì)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(wú)粘性粗顆粒土的顆粒度越大，其土體之間的孔隙就會(huì)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(yàn)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(yàn)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(yàn)材料的孔隙比接近，所以這兩種試驗(yàn)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(wú)粘性粗顆粒土滲透性的主要因素。將無(wú)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(shí)，粗顆粒土的不均勻系數(shù)才會(huì)對(duì)其滲透系數(shù)產(chǎn)生影響[5]。
綜合以上的試驗(yàn)結(jié)果，以及各項(xiàng)無(wú)粘性粗顆粒土的基本參數(shù)，我們將本次試驗(yàn)無(wú)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(duì)無(wú)粘性粗顆粒土滲透性的影響很小。無(wú)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(xiàng)條件控制在相同或接近的位置，不均勻系數(shù)才會(huì)對(duì)土體的滲透系數(shù)有一定的影響。
4 小結(jié)
我們?cè)诒疚闹袑?duì)無(wú)粘性粗顆粒土以及滲透性進(jìn)行了認(rèn)識(shí)，對(duì)影響無(wú)粘性粗顆粒土滲透性的影響因素進(jìn)行了試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)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(wú)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(duì)滲透性的影響很小，而且需要對(duì)其他參數(shù)等進(jìn)行控制，這種影響才會(huì)凸顯。