2019巖土工程師工程地質(zhì)知識(shí)輔導(dǎo)：土的結(jié)構(gòu)特性與滲透變形

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土的結(jié)構(gòu)特性對(duì)滲透變形影響分析

土的抗?jié)B強(qiáng)度取決于土體本身的結(jié)構(gòu)。制約滲透變形發(fā)生的土體結(jié)構(gòu)特性包括：土中粗細(xì)顆粒直徑、細(xì)粒物質(zhì)的含量、土的級(jí)配特征、顆粒形狀及排列方式等。

(1)、粗細(xì)粒徑的比例

只有當(dāng)土中細(xì)顆粒的粒徑d小于粗顆粒的骨架孔隙直徑d0時(shí)，才能發(fā)生潛蝕。據(jù)研究其最優(yōu)比值為d0/d=8。砂土顆粒粒徑與其孔隙比值的大小，與顆粒的排列方式關(guān)系極大。土愈疏松，則細(xì)小顆粒在孔隙中隨滲流運(yùn)動(dòng)愈順暢;愈緊密則只能讓更細(xì)小的顆粒通過(guò)。因此，愈疏松的土體愈容易產(chǎn)生滲透變形。

此外，土愈緊密，抗剪強(qiáng)度愈大，抵抗?jié)B透變形的能力愈強(qiáng)。

(2)、細(xì)顆粒的含量

天然無(wú)粘性土的顆粒組成相當(dāng)復(fù)雜，其分布曲線(xiàn)有單峰型、雙峰型和多峰型。我國(guó)水利水電科學(xué)研究院通過(guò)大量室內(nèi)試驗(yàn)研究，提出了用細(xì)顆粒含量百分?jǐn)?shù)來(lái)判別雙峰型礫土的滲透變形型式：

1當(dāng)細(xì)顆粒含量大于35%時(shí)為流土;

2當(dāng)細(xì)顆粒含量小于25%時(shí)為潛蝕;

3當(dāng)細(xì)顆粒含量界于25-35%時(shí)，流土和潛蝕均可能發(fā)生，主要取決于礫土的密實(shí)程度及細(xì)顆粒的組成。中等以上密實(shí)度、細(xì)顆粒的不均勻系數(shù)較小的礫土，一般發(fā)生流土;反之為潛蝕。

此外，細(xì)顆粒成分中粘粒含量的增加，可增大土的凝聚力，因而增大土的抗?jié)B強(qiáng)度，使土不容易產(chǎn)生滲透變形。

(3)、土的級(jí)配特征

土的級(jí)配特征可用土的不均勻系數(shù)Cu=d60/d10表示。Cu愈大，土愈不均勻，級(jí)配愈好。通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在自下而上的滲流出口處無(wú)覆蓋的條件下，砂土的滲透變形類(lèi)型及臨界水力梯度值都與土的不均勻系數(shù)有關(guān)：

1當(dāng)Cu<10時(shí)，主要型式為流土;

2當(dāng)Cu>20時(shí)，主要型式為潛蝕;

3當(dāng)Cu在10-20之間時(shí)，流土和潛蝕都可能發(fā)生。

臨界水力梯度與不均勻系數(shù)之間的關(guān)系見(jiàn)右圖。從圖上可以看出，砂土的不均勻系數(shù)愈大，臨界水力梯度愈小，也就是說(shuō)，產(chǎn)生流土的臨界水力梯度比潛蝕要大。

需要指出的是，上述的判斷對(duì)礫質(zhì)土不適用，而且僅靠上述判別也往往是不全面的。

實(shí)驗(yàn)表明：在滲流作用下，由于無(wú)粘性土的結(jié)構(gòu)特性不同，有的土首先表現(xiàn)為潛蝕，然后在更強(qiáng)的水動(dòng)力條件下轉(zhuǎn)化為流土。而有的土則在足夠的水動(dòng)力條件下，直接發(fā)生流土。

從一些工程場(chǎng)地滲透穩(wěn)定性的研究資料可以看出，在具備上述基本條件時(shí)，滲透變形現(xiàn)象的產(chǎn)生還必須由宏觀地質(zhì)因素和工程因素來(lái)決定。

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