粗砂中细粒含量对其渗透系数的影响

王志坤，张 盟，郑勤龙

(黑龙江大学水利电力学院，哈尔滨150080)

0 前言

土的渗透性是岩土工程和工程地质评价的重要内容之一，常以渗透系数表示，是土体的一项重要力学性质指标。

在工程中，由于砂具有良好的透水性和较小的压缩性，常广泛用于坝壳和地基中，其中以粗砂应用较广。但纯净的粗砂在自然界中并不多见，工程中使用的粗砂土也均不同程度含有一定量的细粒，细粒含量变化时，必然影响到粗砂的渗透性能。为此，通过渗透试验，分析粗砂中不同细粒含量对渗透系数的影响，从而总结出规律，为土料设计提供必要依据。

1 试验方案

1.1 取样

取粗砂5 000 g，风干，过2 mm筛以剔除试样中的砾粒。对该土样进行筛析，得颗粒级配曲线如图1所示，粒度组成与级配如表1。

图1 粗砂的颗粒级配曲线

表1 粒度组成与级配

1.2 配制细料

本试验目的为探究粗砂中细粒含量对其渗流系数的影响，故需根据砂土的级配情况，配制掺入不同细粒含量的土料进行渗透试验。掺入量分别为0%、5%、10%、15%、20%、25%、30%、40%共8个试样，依次编号为 A、B、C、D、E、F、G、H，并绘制其颗粒级配曲线，见图2。

图2 不同细粒含量砂样的颗粒级配曲线

1.3 土样分类定名

从图2得出编号A～H 8个试样的平均粒径并定名，见表2。

表2 不同细粒含量砂样的平均粒径及名称

1.4 测定渗透系数

用土样管渗透仪分别测定编号A～H 8个试样的渗透系数。其试验结果见表3。

表3 不同细粒含量粗砂的渗透系数kT/cm·s-1

2 成果分析

2.1 细粒含量与渗透系数的关系见图3。

图3 细粒含量与渗透系数关系曲线

从图3可看出，细粒含量改变了粗砂的渗透性能，随着细粒含量的增加，粗砂的渗透系数总体上呈减小趋势。其中，具体可以分为7个阶段:ⅠⅡ ⅢⅣⅤⅥⅦ。本试验中细粒含量以5%为增量从0%到30%递增，细粒含量对渗透系数的影响程度呈间歇性变化:Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ 段细粒含量对渗透系数影响显著;Ⅱ、Ⅳ、Ⅵ段渗透系数随细粒含量的增加缓慢下降，影响不明显;当细粒含量超过30%以后，渗透系数趋于定值。

2.2 平均粒径与粗砂渗透系数的关系见图4。

图4 平均粒径与渗透系数关系曲线

由图4不难看出，随平均粒径的增大，渗透性随之增强。具体分析如下:当平均粒径＜0.47 mm时，渗透系数变化幅度不大，基本趋于稳定;均粒径在0.47 mm时，曲线出现拐点:随平均粒径的增加，渗透系数变化明显。从拟合曲线不难看出，平均粒径越大，拟合曲线切线的斜率越大，即:平均粒径越大，随着平均粒径的增加，渗透系数变化越明显。

3 结论

粗砂中细粒含量对其渗透系数的影响显著，总体上其渗透性随细粒增加而减小。通过试验分析发现:当细粒含量以5%为阶梯变化时，细粒含量对渗透系数的影响程度呈间歇性变化。当%＜细粒含量＜5%时，影响显著;5% ～10%时，影响不明显;10%～15%时，影响显著;15% ～20%时，影响不明显;20% ～25%时，影响显著;25% ～30%时，影响不明显。当细粒含量超过30%时，渗透系数趋于稳定。

［1］南京水利科学研究院.SL237—1999土工试验规程［S］.北京:中国水利水电出版社，1999.

［2］孔令伟，李新明，田湖南.砂土渗透系数的细粒效应与其状态参数关联性［J］. 岩土力学，2011，32(增刊):21-27.

［3］朱建群.含细粒砂土的强度特征与稳态性状研究［R］.武汉:中国科学院武汉岩土力学研究所，2006.

［4］卢廷浩.土力学［M］.南京:河海大学出版社，2010.