粗粒石鋪設(shè)特征對(duì)滲 透特性影響的試驗(yàn)研究.pdf

1、從廣義上來(lái)講，粗粒石是一種無(wú)粘性的粗粒土，由于其具有強(qiáng)度高、孔隙率大、透水性強(qiáng)、沉陷變形小、承載力高等工程特性，不僅承擔(dān)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(yīng)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(shè)在施工過(guò)程中，較多的用于提高地基強(qiáng)度，支撐上部構(gòu)件，同時(shí)排出地下水，從而減少地下水對(duì)上部構(gòu)造的危害，因此，研究其滲透特性是工程實(shí)際中一個(gè)關(guān)鍵的課題，而且重點(diǎn)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(shè)的粗粒石體達(dá)到設(shè)計(jì)滲透能力是工程設(shè)計(jì)中必須解決的問(wèn)題。因此，應(yīng)深入研究粗粒石鋪設(shè)特征對(duì)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(jī)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(fù)雜等不確定性因素的影響，導(dǎo)致無(wú)法單獨(dú)對(duì)影響粗粒石滲透性的各個(gè)因素進(jìn)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(duì)在工程應(yīng)用中較多的5mm、20mm、60mm的

3、粗粒石體作為研究對(duì)象，通過(guò)模型試驗(yàn)和理論分析，重點(diǎn)在粗粒石粒徑、鋪設(shè)厚度、壓實(shí)性能、容重以及承壓水頭等方面，展開(kāi)對(duì)粗粒石滲透特性的試驗(yàn)研究，取得了以下幾點(diǎn)結(jié)論:
　　1.通過(guò)滲透模型理論，在水流入滲連續(xù)性的基礎(chǔ)上，應(yīng)用幾何學(xué)原理，初步推導(dǎo)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(shè)厚度有關(guān)。
　　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(shí)，流態(tài)趨于層流到紊流的過(guò)渡段，但接近層流;鋪設(shè)厚度的增加對(duì)其流態(tài)影響不大;若選定某一厚度重復(fù)振搗加料形成不同容重，則容重的增加對(duì)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(guò)渡流，當(dāng)容重增加到某一值時(shí)，粗粒石滲流流態(tài)將趨于層流;對(duì)于d=20mm及d=60mm的粗粒石在穩(wěn)定入滲時(shí)，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(huì)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(duì)三種粗粒石的層流系數(shù)a和紊流系數(shù)b進(jìn)行求解確定，求得該工況下的平均滲透系數(shù)，進(jìn)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(yùn)用相關(guān)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(guān)系，并且采用多種壓實(shí)方式，說(shuō)明了壓實(shí)性能對(duì)滲流量的影響，從而把滲流量與粗粒石宏觀的鋪設(shè)特征結(jié)合起來(lái)。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(chǔ)上，得到了使得粗粒石滲流量近乎為零時(shí)的臨界鋪設(shè)厚度及容重，并擬合得到了臨界鋪設(shè)厚度及容重與承壓水頭之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線，為實(shí)際工程提供參考。同時(shí)采用標(biāo)準(zhǔn)回歸系數(shù)法及Spss回歸分析軟件，對(duì)影響粗粒石滲流量的承壓水頭、粒徑和鋪設(shè)厚度進(jìn)行了程度分析，發(fā)現(xiàn)承壓水頭對(duì)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(shè)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(shí)的滲流量方程Q=ψH5/2