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渗透破坏型式判别方法详解

2023-06-28 理论教育版权反馈

【摘要】：表5.1B.C.依斯托美娜的研究成果实践表明，依氏方法对于Cu＜10的土而言，其结论是正确的。甫拉维登法提出的渗透破坏判别标准是为非管涌土，为管涌土。

对于土体渗透变形型式的判别，国内外许多学者做了大量研究，并从不同的角度给出了判别式，就其中有代表性的方法分述如下。

1.依斯托美娜的不均匀系数法

B.C.依斯托美娜对土体渗透稳定性研究作出了很多贡献，并且给出了土体渗透破坏型式与不均匀系数Cu的关系，首次将无黏性土的渗透变形特性与颗粒组成特性联系起来，见表5.1。

表5.1　B.C.依斯托美娜的研究成果

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实践表明，依氏方法对于Cu＜10的土而言，其结论是正确的。对于Cu＞10的土，则其可靠程度视颗粒组成类型而定，对级配连续型土的可靠程度要稍大于级配不连续型的土，因为Cu只是反映土颗粒组成离散程度的一个参数，不能反映颗粒组成曲线的形状及粗细料含量之间的关系等全部特征，致使依斯托美娜理论带有一定的局限性。该法对于Cu＞20的土统归于管涌型是不全面的，但其结论是保守的。

2.孔隙直径与细粒粒径比较法

该法是以土体中细颗粒的某一粒径d与土体孔隙平均直径D0之比值来判别土的渗透破坏型式，具体有以下两种方法。

（1）Γ.Χ.甫拉维登法。甫拉维登法提出的渗透破坏判别标准是

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为非管涌土，为管涌土。此法认为如果土体中细颗粒的流失量不超过总土重的3%时，土体的渗透稳定性不会受到影响，因此选用d=d3，D0主要决定于细粒粒径，并按式（5.2）计算

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最后判别式为

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式中：Cu为不均匀系数；φ为土的孔隙率；k为渗透系数。

实践证明，这种方法只适用于级配连续型土，若天然土的颗粒组成满足式（5.4）或式（5.5）的要求，则渗透破坏类型为流土，否则为管涌。

（2）刘杰法。判别式如下：

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将D0=0.63φd20代入式（5.6）～式（5.8）可得

管涌型

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过渡型

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流土型

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式中：φ为土体孔隙率；d5、d20表示该土中小于该粒径土的质量分别占5%和20%。

（3）细料含量法。刘杰在吸取B.C.依斯托美娜及B.H.康德拉且夫研究成果的基础上，将天然无黏性土按其颗粒组成分为均匀土和不均匀土两大类。均匀土的渗透破坏性式为流土，不均匀土的渗透破坏形式有流土和管涌两种形式，其形式主要决定于细料含量。

均匀土和不均匀土按Cu来区分，结合B.C.依斯托美娜的研究成果，考虑土力学中区分均匀土和不均匀土的区分原则为Cu≤5，故采用Cu≤5的区分原则。其结果将有更大的安全性。

将不均匀土的颗粒组成分为粗料和细料两部分，级配连续型土和不连续型土的区分原则是不同的，级配连续型的土采用几何平均粒径dq作为区分粒径，即

式中：d70、d10分别代表土中小于该粒径土的质量分别占70%和10%。

级配不连续型土理论上采用曲线中段缺乏的粒径中的中间粒径作为区分粒径。如缺乏1～5mm的粒径，则区分粒径为2.5mm。对于天然无黏性土，根据砂砾石颗粒组成曲线的实际情况统计结果，缺乏粒径多为1～5mm之间，从工程实用角度出发建议采用2mm的粒径作为区分粗、细粒径的准则。

细料含量小于25%时，只填充粗料孔隙，不破坏骨架的结构，混合体积无明显增大。当细料含量超过25%以后，混合料的性质就发生了根本变化，细料开始参与骨架作用，粗料孔隙体积被细料所撑大，此时混合料的孔隙体积由粗细料共同作用。当细料含量超过35%后，细料完全填满了粗料孔隙，而且参与了骨架作用。因此，其渗透变形的判别准则为

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