粗粒石鋪設(shè)特征對(duì)滲透特性影響的試驗(yàn)研究

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1、粗粒石鋪設(shè)特征對(duì)滲透特性影響的試驗(yàn)研究第一章緒論1.1研究的目的及意義隨著巖土工程學(xué)科的發(fā)展，粗粒石在現(xiàn)實(shí)生活、生產(chǎn)過程中的應(yīng)用愈發(fā)廣泛，不僅可以用于混凝土中的骨料使用，也在鐵路和公路路基[1]、堆石壩、滲渠取水工程以及土石壩工程中廣泛使用，而且在作為反濾料、地基處理用料等方面，粗粒石也占據(jù)了很大的比重[2-11]。據(jù)統(tǒng)計(jì)[12]，在各類工程建設(shè)中，粗粒石的工程用量占到總建設(shè)土方用量的50%以上，已經(jīng)成為工民建等行業(yè)必不可少的建筑材料。從廣義上講，粗粒石是一種無粘性的粗粒土，與細(xì)粒土相比，具有透水性強(qiáng)，承載力高，沉陷變形小等工程優(yōu)點(diǎn)。從

2、固體力學(xué)性質(zhì)上來看，壓縮性小、抗剪強(qiáng)度高、在荷載作用下不容易產(chǎn)生沉降變形和剪切破壞，是其成為承受上部荷載的良好地基材料的重要原因；從水力學(xué)性質(zhì)上看，顆粒組成粗大且不均勻、顆粒間粘聚力小，加上與水作用時(shí)的許多水力學(xué)特性并未被人們所掌握，特別是對(duì)滲透方面的特性研究欠缺等情況的存在，是導(dǎo)致一系列工程事故發(fā)生的主要原因，如鴨嘴河口大壩壩基滲漏，臨城水庫壩體滲漏，華容縣砂基堤防管涌的破壞以及長(zhǎng)江大堤管涌破壞等[12]。粗粒石的鋪設(shè)在施工過程中，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，例如，對(duì)于地下水位

3、區(qū)段的渠道襯砌工程來說，較高的地下水可能導(dǎo)致襯砌產(chǎn)生浮托力，如果不進(jìn)行及時(shí)有效的排水，就會(huì)造成滲透變形破壞，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。..1.2粗粒土的分類及研究狀況粗粒土在土力學(xué)中并沒有嚴(yán)格的定義，可泛指顆粒直徑較粗的土。自然界中土的種類繁多，根據(jù)其工程性質(zhì)的不同，用途也有所不同。從直觀上可以粗略的把土分成兩大類，顆粒間連結(jié)弱、肉眼可見的松散顆粒稱為粗粒

4、土；顆粒間連結(jié)力強(qiáng)、顆粒非常細(xì)微肉眼不可見的稱為細(xì)粒土。實(shí)際工程中，這種粗略的分類遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足工程的要求，還必須用更能反映土的工程特性的指標(biāo)來系統(tǒng)分類。自然界中的土往往是大小混雜，為了對(duì)粗粒土的組成情況有更清楚的認(rèn)識(shí),需對(duì)其進(jìn)行細(xì)分。由于對(duì)粗粒土在工程中的性質(zhì)認(rèn)識(shí)不同，研究需要也不同，因此對(duì)粗粒土的劃分各國有各國的標(biāo)準(zhǔn)，而且同一國家不同部門和行業(yè)對(duì)粗粒土的界限粒徑劃分與用篩孔徑也不同。比如美國陸軍工程墾務(wù)局、師兵團(tuán)、材料試驗(yàn)學(xué)會(huì)通過篩分，聯(lián)合把d>0.075mm的粒徑含量大于50%的土稱為粗粒土；而美國公路工協(xié)會(huì)通過篩分，把76.

5、2mm>d>0.075mm的含量大于50%的土稱為粗粒土[13]。我國國家標(biāo)準(zhǔn)把60mm>d>0.075mm的含量大于50%的土劃分為粗粒土[14]，根據(jù)研究需要又將粗粒土細(xì)分為粗粒類土、礫類土和砂土。按國家標(biāo)準(zhǔn)和水利部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，將粗粒土按粒組劃分為細(xì)粒組、粗粒組、巨粒組。關(guān)于我國相關(guān)行業(yè)對(duì)土的分類標(biāo)準(zhǔn)，下面做簡(jiǎn)要介紹。..第二章粗粒石滲透特性的機(jī)理研究2.1影響粗粒石滲透性因素粗粒石滲透性主要由孔隙決定,而孔隙大小又決定于顆粒級(jí)配組成和排列情況,且滲透性是顆粒組成、結(jié)構(gòu)、密實(shí)度等因素綜合反應(yīng)[44]。影響顆粒級(jí)

6、配的主要參數(shù)有不均勻系數(shù)以及曲率系數(shù)，是粗粒石重要的物理性指標(biāo)，也是決定工程性質(zhì)的基本因素[45-47]。天然粗粒石由于風(fēng)化、搬運(yùn)及沉積等自然條件的影響，往往會(huì)形成形狀各異，大小不同的顆粒，顆粒形態(tài)的不同，使得若干顆粒排列組成有所不同，也直接導(dǎo)致滲流強(qiáng)度的不同，按照這方面的性質(zhì)，粗粒石又可劃分為各向同性與各向異性兩大類[48]。在分析滲流基本規(guī)律時(shí)，力求使試驗(yàn)粗粒石接近最簡(jiǎn)單的均質(zhì)各向同性，因此本試驗(yàn)選取的粗粒石經(jīng)過人工加工，使每一粒組粒徑趨于相同，當(dāng)所得規(guī)律應(yīng)用于實(shí)際問題時(shí)，再考慮實(shí)際土體特性。粗粒石作為多孔介質(zhì)[49-51]，可以看

7、做是由眾多包含氣體、液體、固體的微小體積組合而成，固體部分充當(dāng)骨架，可供液體流動(dòng)的區(qū)域稱為孔隙，表征孔隙大小及多少用孔隙率表示，是一個(gè)無量綱量，孔隙率的大小受級(jí)配組成、顆粒形狀及排列狀況影響。2.2粗粒石滲透機(jī)理理論分析2.2.1滲流模型水流沿著粗粒石中的孔隙流動(dòng)，其流動(dòng)路徑相當(dāng)復(fù)雜，無論理論分析還是試驗(yàn)手段都很難確定在某一具體位置的真實(shí)流動(dòng)速度，從工程應(yīng)用的角度來說也是沒有必要的。對(duì)于解決實(shí)際工程問題，最重要的是在某一范圍內(nèi)宏觀滲流的平均效果。為了研究滲流的方便，我們采用一種假想的滲流來代替實(shí)際滲流，這種假想的滲流即稱為滲流模型。以滲

8、流模型取代真實(shí)滲流，本章從滲流模型基本理論出發(fā)，在綜合分析了影響粗粒石滲透性能的基礎(chǔ)上，通過幾何學(xué)模型，引入相關(guān)參數(shù)，就粗粒石本身結(jié)構(gòu)特性，推導(dǎo)出了單位時(shí)間的滲流量與粗粒石鋪設(shè)粒徑、厚度以及孔隙率之間的經(jīng)驗(yàn)