细粒含量Pc35%渗透变形类型为管涌碎砾石的颗粒级配特征及判别方法

细粒含量判别法是无黏性粗粒土渗透变形类型主要判别方法,但细粒含量Pc35%渗透变形类型为管涌的碎砾石,其渗透变形类型不符合细粒含量判别准则。通过对46个工程310个试样（其中细粒含量Pc35%试样35个）的渗透变形试验结果统计分析,结果表明,其颗粒级配曲线具有独特特征,即级配曲线两端段斜率较陡,中间段斜率较缓,有高达87.5%试样颗粒级配为不良级配。进一步分析发现其D15/d85均大于5,即其渗透变形试验结果与反滤设计准则是一致的。进而提出用反滤设计准则D15/d855作为判别该类土的方法,以此作为细粒含量判别法的有益补充。     

颗粒迁移作用下宽级配土渗透性研究

宽级配土作为堆积层滑坡的主要物源,其渗透性研究是开展降雨型堆积层滑坡机制研究的前提和基础。宽级配土的渗透是一个包括水分运移和土体细颗粒迁移的复杂过程,但在研究其渗透性时通常只考虑了水分的运移而忽略了细颗粒的迁移。为此,采用自制大型渗透仪对3组不同D15/d85值(D15为粗粒组中小于该粒径的颗粒质量分数为15%的粒径;d85为细粒组中小于该粒径的颗粒质量分数为85%的粒径)的土样进行了饱和渗流试验,研究了宽级配土的水分运移特征和细颗粒迁移规律。研究结果表明:D15/d85值对宽级配土的渗透系数和细颗粒迁移有重要影响,D15/d85值越小,则土体渗透系数越小,细颗粒不易发生迁移;D15/d85值越大,渗透系数越大,试验过程中渗透系数变化越剧烈,迁出细颗粒的量也更大。根据渗透系数的变化也可判定土体内部细颗粒的运动情况,据此提出了3种宽级配土颗粒迁移模式。该研究成果加深了对宽级配土渗透特性的认识,为完善降雨型堆积层滑坡机制研究提供了新思路。     

粗粒土渗透及渗透变形试验缩尺方法研究

目前还未建立适用于粗粒土渗透及渗透变形试验的缩尺方法,遵循缩尺前后粒径小于d30（颗粒级配中质量百分含量30%所对应的颗粒粒径）以及粒径小于5 mm的颗粒含量及组成不变的原则,基于等量替代法,提出了一种粗粒土渗透及渗透变形试验缩尺方法：如果原级配中5 mm以下的颗粒含量大于等于30%,则根据试样允许最大粒径以下的大于5 mm的各粒组含量,按比例等质量替换超粒径颗粒;如果原级配中5 mm以下的颗粒含量小于30%,则根据试样允许最大粒径以下的大于d30的各粒组含量,按比例等质量替换超粒径颗粒。利用多组粗粒土渗透及渗透变形试验,论证了缩尺方法的可靠性。研究表明：提出的缩尺方法合理可行。缩尺后,土体渗透破坏型式未发生变化,渗透系数与原级配比较接近,渗透变形临界坡降和破坏坡降与原级配基本一致,缩尺级配的渗透及渗透稳定特性能够较好地反映原级配的渗透及渗透稳定特性。     

碎砾石和砂渗透变形类型差异性研究

无黏性土包括各类砂、砂砾石料和石渣,但其渗透变形试验结果表明,不均匀系数判别法和级配曲线斜率判别法却不是无黏性土渗透变形类型通用判别法,甚至会出现条件相同,但砂和碎砾石判别结果却截然相反的结果。进一步研究结果表明,产生这种结果的根本原因是其细粒含量差异较大引起的。故运用不均匀系数和级配曲线斜率判别无黏性土渗透变形类型时,应结合试样细粒含量大小进行,或将碎砾石和砂分开区别进行研究。     

连续级配砂粗细颗粒区分粒径比较研究

粗细颗粒区分粒径是无黏性粗粒土判别渗透变形类型的重要指标,但其确定方法和量值均不统一,为验证不同方法的适宜性,我们统计分析了7个工程62个砂土试样的渗透变形试验结果,结果表明,以2mm作为粗细颗粒区分粒径时,其渗透变形类型判断结果与试验结果符合率达93.55%,远高于以d70d10为区分粒径时的符合率51.61%。推荐以2mm作为不均匀连续级配砂土粗细颗粒区分粒径。     

缺级粗粒土管涌类型的判别方法

利用大型渗透变形仪,对不同最大粒径和细粒含量的缺级粗粒土的渗透破坏特性进行了系统的试验研究。研究结果表明,缺级粗粒土在细料含量小于30 %的情况下都发生管涌型渗透破坏,基本符合前人提出的判别流土和管涌的准则。管涌破坏的类型可划分为发展性管涌和非发展性管涌两种,采用刘杰和康德拉且夫对发展性和非发展性管涌的判别方法都不能区分本次试验的管涌破坏类型。在康德拉且夫提出的判别粗粒土管涌类型的方法的基础上,考虑细料对粗料孔隙的填充程度及试样中缺级颗粒百分含量的影响,建立了缺级粗粒土管涌类型的判别式,为缺级粗粒土管涌类型的判别提供了新的思路和方法。     

孔隙直径法判别无黏性粗粒土渗透变形类型适宜性统计分析研究

为验证孔隙直径法对于各类无黏性粗粒土渗透变形类型判别的适宜性,采用试验验证的方法,对收集的27个工程、145个试样的渗透变形试验结果进行分类统计分析研究。结果表明：（1）连续级配碎砾石与试验结果符合率最高为80.0;（2）不连续级配碎砾石与试验结果符合率较低,为55.0;（3）不同类型砂与试验结果符合率最低,仅为22.0。由此可见,孔隙直径法可较好地适用于连续级配碎砾石渗透变形类型的判别,但对于不连续级配碎砾石和不同类型砂土,则适宜性较差。     

基于H/F判别法的连续级配碎砾石渗透变形类型统计分析

为验证H/F判别法对于连续级配碎砾石渗透变形类型判别的适宜性,采用试验验证的方法,对收集的28个工程、92个试样的渗透变形试验结果进行统计分析研究。结果表明：连续级配碎砾石的渗透变形类型采用H/F判别法判别结果与试验结果符合率达87.0。由此可见,H/F判别法可较好的适用于连续级配碎砾石。     

砂土渗透变形类型统计分析研究

土的渗透变形类型判别是渗透稳定性评价的基础。目前对碎砾石和黏性土的渗透变形类型看法是一致的,但对砂土的渗透变形类型看法尚不一致,且专门研究较少。为进一步研究砂土的渗透变形类型,收集了12个工程131个不同类型砂土试样,对其渗透变形试验结果进行统计分析,结果表明：各类砂土渗透变形类型均为流土。进一步理论分析也表明,砂土的渗透变形类型也应为流土。     

间断级配砂砾石土的渗透变形试验研究

渗透变形是颗粒材料中细颗粒在渗流作用下发生重分布且导致土体的内部结构、水力及力学特性发生变化的现象,是导致砂砾石土地基及堤防结构破坏的主要原因之一。利用自主研发的刚性壁渗透仪对不同级配及细颗粒含量的间断级配砂砾石土在恒定水头渗流作用下进行渗透变形全过程试验,监测了渗流过程中的局部水力梯度空间分布以及竖向位移变化,分析了渗透试验结束后土体的颗粒级配空间分布变化。研究结果表明:土粒中细颗粒所处的欠填、满填及过填3种堆积状态决定了粗、细颗粒间不同的接触方式,影响其渗透性。渗透试验结束后细颗粒流失量沿试样高度的空间分布可以划分为3个区域,即顶部流失区、中部均匀区及底部流失区。局部水力梯度的快速下降伴随着竖向位移的突变,意味着渗透变形的开始;渗透变形启动时的局部水力梯度大于全局水力梯度,证实了采用大尺寸试验执行渗透试验的必要性。细颗粒处于过填状态的试样依然会发生渗透变形且导致强烈的沉降变形,值得进一步的研究。     

砾石土渗透稳定特性试验研究

目前砾石土被广泛地用作高土石坝中的防渗体,国内已建成的187 m高的瀑布沟堆石坝就是用它作心墙的防渗材料。介绍了瀑布沟心墙土料的渗透稳定试验结果,并论述了确定砾石土渗透稳定性能的的主要因素是细粒含量,提出了确定粗、细粒料的区分粒径、计算最优细料含量以及用细料含量判别渗透稳定性的方法。试验结果表明,工程中常以小于5 mm粒径含量不小于35%、小于0.1 mm的粒径含量不小于18%,以判别砾石土能否作为高土石坝防渗体的标准是可行的,无需另外要求小于0.005 mm的粒径含量大于10%。     

堰塞坝体材料渗透特性及其稳定性研究

堰塞坝是由于崩塌、滑坡、泥石流等形成的天然坝体,不同于人工土石坝,堰塞坝坝体结构松散,颗粒级配不均匀,在较高水头作用下坝体可能发生渗透破坏而导致溃坝,严重威胁下游人民群众的生命及财产安全。由于堰塞坝存在较大粒径颗粒,常规的渗透试验装置难以满足要求,本文研制了直径为60cm的大直径渗透试验仪,进行了不同堰塞坝级配材料的渗透破坏试验,并探讨了堰塞坝体材料渗透特性的主要影响因素。研究发现:（1）堰塞坝材料的渗透破坏形式取决于材料级配,粗颗粒含量较多时为管涌破坏,细颗粒含量较多或粒径缺失时为流土破坏;（2）堰塞坝渗透系数随干密度的增大而减小,主要取决于细料填充粗料孔隙的程度,单独使用不均匀系数或曲率系数不适用于评价渗透系数的变化;（3）基于试验数据提出了用于堰塞坝渗流破坏形式的判别公式,并推导出堰塞坝管涌破坏的临界水力坡降计算公式。     

土体渗透稳定性判定准则

土体的渗透稳定性是指在渗流条件下宽级配土体内粗颗粒阻止细颗粒流失的能力,土体的渗透稳定性受几何条件、水力条件和物理条件的影响。从几何条件出发,通过对收集的167种土的室内渗透侵蚀试验结果的分析,基于对土体渗透稳定性控制变量地研究,将土分成良好级配土和间断级配土两大类;基于细粒（小于0.063 mm）含量的不同,将每类土又细分为3类,针对不同细类土提出了不同的渗透稳定性几何判定准则。从水力条件出发,研究了应力状态对土体渗透侵蚀起动及破坏水力梯度的影响。试验结果表明,起动水力梯度和破坏水力梯度都随着围压的增大而增大,是由于增大围压使得颗粒间的摩擦力增大的结果。     

泄滩滑坡碎块石土饱和与非饱和水力学参数的现场试验研究

碎块石土由于块石含量较高,块石粒径较大,其水力学参数的确定具有一定困难。首先,采用双套环法对三峡库区泄滩滑坡的滑体碎块石土饱和渗透系数进行了原位试验,并根据土层孔隙率、颗粒级配等因素采用相关经验公式对试验结果进行了分析。其次,结合使用张力计和体积含水率仪对其土水特征曲线进行了现场模拟试验,并采用Fredlund模型对试验结果进行了拟合分析。最后,根据土水特征曲线和饱和渗透系数,采用经验公式估算了其非饱和渗透系数。试验及分析表明,该滑坡的碎块石土层的饱和渗透系数为(1.78～3.2)×10-2 cm/s,为强渗透性;材料的细颗粒含量越少,有效粒径及控制粒径越大,不均匀系数越小,相应的渗透系数越大。相关研究成果可以为泄滩滑坡非饱和非稳定渗透计算提供参数依据,并对同类型土体非饱和水力学参数的确定具有一定的借鉴意义。     

砂砾土渗流侵蚀中细粒迁移-沉积-滤通的物理水力临界条件

细粒迁移机制是理解砂砾土渗流侵蚀过程的基础与关键,对研究砂砾土斜坡雨水侵蚀过程的细观致灾机制具有重要意义。目前其运移模式及运移状态发生转变的临界条件并不清晰,不同物理水力条件下的细粒运动类型有所不同。为掌握砂砾土侵蚀过程中细粒的整体运动类型及其发生改变的临界条件,采用可视圆柱入渗试验和离散元数值模拟,分析了细粒迁移的影响因素和内部机理。结果表明：（1）细粒迁移受级配和水力梯度影响显著,而受初始孔隙率影响不显著,且级配的影响大于水力梯度;（2）水力作用下细粒整体运动状态可分为沉积和滤通2种模式,内部结构不稳定的砂砾土细粒运动处于滤通状态,内部结构稳定和稳定性过渡型砂砾土随水力梯度升高细粒的运动状态从整体沉积转变为整体滤通;（3）细粒运动状态在粒径比和水力梯度共同作用下存在明显界限,最终得到细粒沉积-滤通转变的临界条件为$ i = 3.4 - $$ 0.12{{\text{e}}^{\left( {{D_{15}}/{d_{85}}} \right)/1.5}} $。研究可为砂砾土斜坡渗蚀失稳防护提供理论指导。