粗粒石鋪設特征對滲 透特性影響的試驗研究.pdf

1、從廣義上來講，粗粒石是一種無粘性的粗粒土，由于其具有強度高、孔隙率大、透水性強、沉陷變形小、承載力高等工程特性，不僅承擔著堆石體的主要組成部分，而且在鐵路和公路路基、堆石壩、以及滲渠反濾層等工程中得到廣泛的應用，已經(jīng)成為水利、土木工程中不可或缺的建筑材料。
　　粗粒石的鋪設在施工過程中，較多的用于提高地基強度，支撐上部構件，同時排出地下水，從而減少地下水對上部構造的危害，因此，研究其滲透特性是工程實際中一個關鍵的課題，而且重點在于

2、研究粗粒石體的透水性，而不是抗?jié)B性。如何使鋪設的粗粒石體達到設計滲透能力是工程設計中必須解決的問題。因此，應深入研究粗粒石鋪設特征對其滲透特性的影響。
　　粗粒石是由大小不等、性質(zhì)不一的顆粒機械組合而成的散粒體，由于顆粒大小相差懸殊、組成分散、不均勻系數(shù)較大、性能復雜等不確定性因素的影響，導致無法單獨對影響粗粒石滲透性的各個因素進行定量化研究，為了更深入的把握粗粒石的滲透特性，本文針對在工程應用中較多的5mm、20mm、60mm的

3、粗粒石體作為研究對象，通過模型試驗和理論分析，重點在粗粒石粒徑、鋪設厚度、壓實性能、容重以及承壓水頭等方面，展開對粗粒石滲透特性的試驗研究，取得了以下幾點結(jié)論:
　　1.通過滲透模型理論，在水流入滲連續(xù)性的基礎上，應用幾何學原理，初步推導出粗粒石介質(zhì)滲流量公式:Q=C.n2/(1-n)2 d2L，公式表明，粗粒石介質(zhì)滲流量與其孔隙率、粒徑以及鋪設厚度有關。
　　2.水流在粗粒石內(nèi)部流態(tài)均為非層流滲流。在人工松填情況下，d=5

4、mm的粗粒石在穩(wěn)定入滲時，流態(tài)趨于層流到紊流的過渡段，但接近層流;鋪設厚度的增加對其流態(tài)影響不大;若選定某一厚度重復振搗加料形成不同容重，則容重的增加對粗粒石滲流流態(tài)影響較大，流態(tài)從完全紊流逐漸趨于過渡流，當容重增加到某一值時，粗粒石滲流流態(tài)將趨于層流;對于d=20mm及d=60mm的粗粒石在穩(wěn)定入滲時，滲流流態(tài)為完全紊流，隨著容重的增大到某一值，流態(tài)也會趨于層流。
　　3.采用Forehheimer提出的非線性滲透定律，選定同一

5、滲透路徑，采用最小二乘法對三種粗粒石的層流系數(shù)a和紊流系數(shù)b進行求解確定，求得該工況下的平均滲透系數(shù)，進而得到三種粗粒石各自滲透規(guī)律方程。
　　4.在單一參數(shù)變化條件下，運用相關分析及回歸分析理論，分別建立了承壓水頭、粒徑、厚度、容重與滲流量之間關系，并且采用多種壓實方式，說明了壓實性能對滲流量的影響，從而把滲流量與粗粒石宏觀的鋪設特征結(jié)合起來。結(jié)果表明，承壓水頭越大、粗粒石粒徑越大，粗粒石的滲流量就越大，而厚度越大，容重越大，粗

6、粒石的滲流量就越小，在此基礎上，得到了使得粗粒石滲流量近乎為零時的臨界鋪設厚度及容重，并擬合得到了臨界鋪設厚度及容重與承壓水頭之間的對應關系曲線，為實際工程提供參考。同時采用標準回歸系數(shù)法及Spss回歸分析軟件，對影響粗粒石滲流量的承壓水頭、粒徑和鋪設厚度進行了程度分析，發(fā)現(xiàn)承壓水頭對粗粒石滲流量的影響最大，粗粒石粒徑影響次之，粗粒石的鋪設厚度影響最小。
　　5.采用量綱分析的方法，建立了粗粒石穩(wěn)定滲流時的滲流量方程Q=ψH5/2