裂隙粘性土滲透性測定的試驗研究及應用

范沛軍++陳靜++吳慶林

【摘 要】本文對裂隙粘土滲透特性，結合具體工程，探討如何在裂隙粘土中進行現場水文地質試驗，并對比各類試驗方法，總結出在裂隙粘土中洛陽鏟成孔常水頭注水試驗的優點，并介紹了試驗過程及步驟。

【關鍵詞】 裂隙粘土；滲透特性；注水試驗；洛陽鏟

Experiment research and application of splitting glues of soil permeating measurement

Fan Pei-jun，Chen Jing，Wu Qing-lin

（Yellow river survey and design institute research of Shandong Jinan Shandong 250011）

【Abstract】The article introduced glue soil to permeate characteristic towards splitting， combining concrete engineering， study how in the middle of splitting to glue soil carry on the spot hydrology a geology to experiment， and contrast each kind of experiment method， tally up Luoyang spade in the middle of splitting to glue soil become bore water head advantage which note water to experiment often， and on trial process and step.

【Key words】Crack glue soil；Permeating characteristic；Noting water experiments；Luoyang spade

在河流沖積作用下，大量泥沙攜帶入洪水中，洪水退卻后，在靜水環境中，粘粒沉積下來，經過一段時間后，粘土中水分蒸發，土體開始變干，龜裂伴隨發育，最終形成裂隙，裂隙呈網格狀在粘土中三維空間展布，這種特殊結構決定了其物理力學特性與一般粘性土有較大區別，其滲透性表現為較強或極強，在水利工程及堤防工程中作為不良地質體，應進行處理。

1. 工程實例分析

（1）山東省城某水庫，地層主要為內陸河與黃河沉積層，在水庫沉沙池鉆探過程中發現有裂隙粘土分布，地勘報告也有所描述，但未進行進一步的查明，其滲透性也未進行進一步評價。沉沙池蓄水后，在裂隙分布區域，圍壩背河一側地面形成一片汪洋，壩基裂隙性粘土滲水非常嚴重。庫區也出現相同的情況，由于截滲墻沒有把裂隙粘土層有效截斷，水庫蓄水后，滲水滲流量非常大，直接影響水庫的運行效果，增加了水庫的運行成本。

（2）工程實例告訴我們，在平原地區進行水庫工程建設，裂隙性粘土作為不良地質體，其隱蔽性較強，分布情況不像古河道、軟弱土層那么容易查明，但對工程影響卻十分重要，應引起足夠的重視。

2. 影響裂隙性粘土滲透的主要因素

（1）裂隙粘土的滲透系數跟以下因素有關：裂隙的發育程度、裂隙的張開度、裂隙的填充情況、裂隙所處的環境。

（2）如果裂隙發育，張開度大，無充填物，所處環境在地下水以上，比較干燥，那么這種裂隙連通性就很好，其透水性極強，滲透系數大。

（3）當裂隙性粘土中的裂隙被下一次洪水中的土顆粒填充，其滲透性主要取決于填充土顆粒的大小，如果是砂性土，滲透性就較強；如果是粘性土，透水性就很弱，該層可以作為較好的天然隔水層。

（4）由于粘性土中的裂隙具有遇水收縮，失水膨脹的特點，所以，一般在地下水位以下的裂隙較地下水位以上的張開度要小，滲透性弱。還有，埋藏深的要比埋藏淺的要小。當然，也不盡然，還跟其他一些因素有關。

3. 裂隙粘土水文地質試驗

確定地下水位以下的裂隙粘土的滲透性有抽水試驗和示蹤劑等方法，而且試驗方法已比較成熟。地下水位以上的裂隙粘土，如何有效來進行試驗，現行規范中未作特別說明，在實際操作過程中如果按常規試驗方法，那么難度就比較大，甚至試驗結果出現偏差。

在進行臨盤水庫裂隙粘土滲透性試驗時，我們首先采用擬定好的探坑坑底及雙環滲水試驗方法，但發現該方法適合于土質比較均勻的干燥土層，對于地下水位較高，土質不均勻，層理發育的裂隙粘土，此方法不適合。即便上述方法適合，由于地層層理發育，土質不均勻，要想獲得整個裂隙性粘土的滲透性成果，需要在不同深度、不同點作大量的試驗。研究人員建議采用鉆孔常水頭注水試驗，但是如何成孔是關鍵，如果采用常規鉆機成孔，在成孔過程中很容易把裂隙結構破壞，裂隙被填埋，嚴重影響試驗結果。因此，改用洛陽鏟成孔，洛陽鏟成孔的優點在于對裂隙結構的擾動最小，很容易控制孔深及孔經，從整個試驗過程來看，試驗是成功的，試驗結果是合理的。

3.1 基本原理。

按照達西定律原理，在常水頭作用下，通過控制注水量（Q）跟水位降深（s），并保持穩定，從而測算出地層的滲透系數（k）。

根據水工建筑部門的經驗，當l/r>4時，按下式計算滲透系數k。

式中： L──試驗段或過濾器長度（m）；

Q──穩定注水量（m3/d）；

s──孔中水頭高度（m）；

r──鉆孔或過濾器半徑（m）。

3.2 濾管及濾料的選擇。

PVC管具有強度較高，加工方便，型號多樣的特點，所以濾管選用PVC管加工的濾管。

濾料的選擇非常重要，因為裂隙粘土與一般土層的滲水機理不同，裂隙粘土的透水通道主要是裂隙，而一般土層是在土體顆粒間或細微的構造結構間滲水。如果選擇的濾料的細顆粒含量過高或濾料過細就會阻塞裂隙，造成透水不暢，影響試驗結果，所以，濾

料應選擇粒徑級配較為單一的粗沙或級配差的砂礫，具體選擇濾料時還應結合鉆探資料對裂隙的描述。本次試驗選擇了cu<5，d50=5mm的礫砂。

3.3 試驗步驟。

試驗過程中還需要水桶、秒表、水表、直尺等工具。主要步驟如下：

①洛陽鏟成孔，使所成鉆孔孔徑自上而下保持一致，鉆口形狀為圓形，孔徑大小根據所選濾管的直徑有關。

②把加工好的濾管底放到合適位置，然后，在鉆孔與濾管之間填滿濾料，并輕微敲打濾管，使濾料進一步密實。

③打開水表，向濾管內注水，等濾管內的水頭上升到合理位置，開始測量水頭高度，記錄水表讀數。開始5次流量觀測間隔為5min，以后每間隔20min觀測一次。

④注水量跟水頭穩定后，控制穩定后的延續時間為8～24小時。穩定標準：穩定時間段內，在注水量波動值不超過正常值的5%，水位波動值不超過水位抬升值的1%。

⑤試驗結束。

4. 結論

在裂隙粘土中，洛陽鏟成孔常水頭注水試驗方法與其它實驗方法比較具有如下優點：

①簡便、易于操作，成功率高；

②試驗成果更具代表性，更合理可靠；

③減少了工作量，提高了工效，節約了成本；

④解決了裂隙粘土成孔質量這一關鍵技術性問題。

在裂隙粘土中利用洛陽鏟成孔常水頭注水試驗，合理解決了以往工程中對裂隙粘土的滲透性難以進行試驗及評價的這一技術難題，并可推廣運用于其他工程項目。endprint