粗粒土缩尺级配的渗透系数规律试验

摘要

粗粒土广泛应用于土石坝和软弱地基处理工程，渗透特性对工程设计的安全性具有重要影响。受室内仪器尺寸限制，只能对原级配粗粒土进行缩尺处理才能试验。然而，原级配粗粒土缩尺会改变土颗粒之间的孔隙大小及孔隙通道之间的连通性，导致缩尺后粗粒土室内渗透试验结果与原级配土的渗透系数存在一定差异，这种差异对准确了解原级配土的渗透特性十分重要。因此，如何通过缩尺试样试验结果准确预测原级配土的渗透系数，成为评价工程现场粗粒土渗透特性的关键。本文基于连续级配方程，将颗粒最大粒径d_max和级配面积S作为变量，设计16组不同级配试样，利用自制大型常水头渗透仪对各组试样进行室内渗透试验，定量研究缩尺级配的渗透系数变化规律，并找出不同级配土之间渗透系数换算的方法。结果表明：当级配面积S一定时，渗透系数k随d_max增大而增大，级配面积越小该规律越明显；当最大粒径d_max一定时，渗透系数k随级配面积S增大而减小；d_max和S对k的影响规律可分别用特定函数形式定量描述。根据d_max和S与k的关系式建立粗粒土不同级配之间的渗透系数换算模型，通过文献计算出该模型对各类粗粒土不同级配下渗透系数预测值与实测值的误差均在6%内，并利用缩尺级配试验结果反推出原级配渗透系数值且误差仅为2.5%，验证了该渗透系数计算模型对粗粒土的适用性。

关键词

粗粒土 / 缩尺级配 / 渗透系数 / 最大粒径 / 级配面积

基金资助

国家自然科学基金项目（51878185;52178321;52108309）; 水利部土石坝破坏机理与防控技术重点实验室开放基金项目（2020ZDK003）; 广西重点研发计划项目（桂科AB22036007）; 广西自然科学基金项目（2021GXNSFBA196091）; 广西科技基地和人才专项（2021AC18019）; 内蒙古自治区交通运输厅建设科技项目（NJ–2021–10）