无黏性土的抗渗强度主要决定于其颗粒组成。自然界中土的颗粒组成的变化范围很广泛，渗透破坏的型式多种多样，因而在抗渗强度的确定方面至今尚不可能用某一多因素的函数式来表达，目前只能将无黏性土先按渗透破坏型式分类，然后分别给出计算公式。多适用于Cu＞5的土，其抗渗强度计算公式为式中：Gs为土粒密度与水的密度之比，即比重；φ为土体孔隙率。......
2023-06-28
土体抗渗强度与应力关系分析
【摘要】：式表明，无黏性土临界水力梯度受两个因素的影响：一是土体有效容重（浮容重）；二是作用在土体上的附加应力。一般说来，土体的有效容重相对是个不变量，即式中的第一项为常数；而土体中的附加应力则是一个不断变化的量，表明无黏性土体的临界水力梯度随附加应力的增加而增加。
上述土体抗渗强度计算公式都没有考虑土体有效应力状态对抗渗强度大小的影响。实际上，许多坝基中的砂砾石地层或破碎岩体中的应力值都较高，采用上述方法计算抗渗强度过于保守。
在应力作用下，土体内细小颗粒所受应力必然会增大，因此阻碍小颗粒在土体内的移动。取单个小颗粒进行研究，土颗粒表面所受到渗透力、重力、周围土颗粒对其的作用力。在渗透力的作用下，只要达到一定的水力梯度，细颗粒就会在土体内部沿渗流方向移动，土体内部受力基本作用在粗颗粒上，而当细颗粒靠近外界时，就会受到粗颗粒对其的正应力和侧应力，侧应力会增大颗粒间摩擦力。细颗粒将会停止移动，直到更高的水力梯度使其再次移动。因此，必须考虑应力状态对土体的抗渗强度的影响。
图5.1 土颗粒受力示意图
图5.1为考虑应力状态影响下的土颗粒受力分析简图。假定土体内部颗粒间紧密接触，作用在土体上的力通过土颗粒相互作用进行传递。如图5.1所示，作用在无黏性土颗粒上的作用力有：颗粒自重应力γ′，颗粒上的附加力σs，土颗粒之间的摩擦力f，颗粒上的渗透力Jcrγw（Jcr为临界水力梯度）。在实验中，水流方向由下向上，渗透力的方向向上，它是引起土颗粒移动的源动力。土颗粒在这4种力的作用下处于平衡状态，即满足
考虑土颗粒尺度一般都很小，假定附加应力在铅直方向呈矩形分布，则土颗粒间的摩擦力为
式中：K0为土颗粒间的侧压力系数；ψ′为土体的有效内摩擦角。
由式（5.24）和式（5.25）可得
式（5.26）即为考虑附加应力作用下的无黏性土临界水力梯度理论计算公式。式（5.26）表明，无黏性土临界水力梯度（或称抗渗强度）受两个因素的影响：一是土体有效容重（浮容重）；二是作用在土体上的附加应力。一般说来，土体的有效容重相对是个不变量，即式（5.26）中的第一项为常数；而土体中的附加应力则是一个不断变化的量，表明无黏性土体的临界水力梯度随附加应力的增加而增加。考虑到对某种土体而言，其颗粒间的侧压力系数和土体内摩擦角可以看成是不变的，在这种情况下，式（5.26）表明无黏性土的临界水坡降将随附加应力的增加而呈线性增加，即临界水力梯度与附加应力呈线性增加的关系。
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2023-06-28
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