粗砂中細粒含量對其滲透系數的影響

王志坤，張 盟，鄭勤龍

(黑龍江大學水利電力學院，哈爾濱150080)

0 前言

土的滲透性是巖土工程和工程地質評價的重要內容之一，常以滲透系數表示，是土體的一項重要力學性質指標。

在工程中，由于砂具有良好的透水性和較小的壓縮性，常廣泛用于壩殼和地基中，其中以粗砂應用較廣。但純凈的粗砂在自然界中并不多見，工程中使用的粗砂土也均不同程度含有一定量的細粒，細粒含量變化時，必然影響到粗砂的滲透性能。為此，通過滲透試驗，分析粗砂中不同細粒含量對滲透系數的影響，從而總結出規律，為土料設計提供必要依據。

1 試驗方案

1.1 取樣

取粗砂5 000 g，風干，過2 mm篩以剔除試樣中的礫粒。對該土樣進行篩析，得顆粒級配曲線如圖1所示，粒度組成與級配如表1。

圖1 粗砂的顆粒級配曲線

表1 粒度組成與級配

1.2 配制細料

本試驗目的為探究粗砂中細粒含量對其滲流系數的影響，故需根據砂土的級配情況，配制摻入不同細粒含量的土料進行滲透試驗。摻入量分別為0%、5%、10%、15%、20%、25%、30%、40%共8個試樣，依次編號為 A、B、C、D、E、F、G、H，并繪制其顆粒級配曲線，見圖2。

圖2 不同細粒含量砂樣的顆粒級配曲線

1.3 土樣分類定名

從圖2得出編號A～H 8個試樣的平均粒徑并定名，見表2。

表2 不同細粒含量砂樣的平均粒徑及名稱

1.4 測定滲透系數

用土樣管滲透儀分別測定編號A～H 8個試樣的滲透系數。其試驗結果見表3。

表3 不同細粒含量粗砂的滲透系數kT/cm·s-1

2 成果分析

2.1 細粒含量與滲透系數的關系見圖3。

圖3 細粒含量與滲透系數關系曲線

從圖3可看出，細粒含量改變了粗砂的滲透性能，隨著細粒含量的增加，粗砂的滲透系數總體上呈減小趨勢。其中，具體可以分為7個階段:ⅠⅡ ⅢⅣⅤⅥⅦ。本試驗中細粒含量以5%為增量從0%到30%遞增，細粒含量對滲透系數的影響程度呈間歇性變化:Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ 段細粒含量對滲透系數影響顯著;Ⅱ、Ⅳ、Ⅵ段滲透系數隨細粒含量的增加緩慢下降，影響不明顯;當細粒含量超過30%以后，滲透系數趨于定值。

2.2 平均粒徑與粗砂滲透系數的關系見圖4。

圖4 平均粒徑與滲透系數關系曲線

由圖4不難看出，隨平均粒徑的增大，滲透性隨之增強。具體分析如下:當平均粒徑＜0.47 mm時，滲透系數變化幅度不大，基本趨于穩定;均粒徑在0.47 mm時，曲線出現拐點:隨平均粒徑的增加，滲透系數變化明顯。從擬合曲線不難看出，平均粒徑越大，擬合曲線切線的斜率越大，即:平均粒徑越大，隨著平均粒徑的增加，滲透系數變化越明顯。

3 結論

粗砂中細粒含量對其滲透系數的影響顯著，總體上其滲透性隨細粒增加而減小。通過試驗分析發現:當細粒含量以5%為階梯變化時，細粒含量對滲透系數的影響程度呈間歇性變化。當%＜細粒含量＜5%時，影響顯著;5% ～10%時，影響不明顯;10%～15%時，影響顯著;15% ～20%時，影響不明顯;20% ～25%時，影響顯著;25% ～30%時，影響不明顯。當細粒含量超過30%時，滲透系數趨于穩定。

［1］南京水利科學研究院.SL237—1999土工試驗規程［S］.北京:中國水利水電出版社，1999.

［2］孔令偉，李新明，田湖南.砂土滲透系數的細粒效應與其狀態參數關聯性［J］. 巖土力學，2011，32(增刊):21-27.

［3］朱建群.含細粒砂土的強度特征與穩態性狀研究［R］.武漢:中國科學院武漢巖土力學研究所，2006.

［4］盧廷浩.土力學［M］.南京:河海大學出版社，2010.