2019巖土工程師工程地質知識輔導：土的結構特性與滲透變形

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土的結構特性對滲透變形影響分析

土的抗?jié)B強度取決于土體本身的結構。制約滲透變形發(fā)生的土體結構特性包括：土中粗細顆粒直徑、細粒物質的含量、土的級配特征、顆粒形狀及排列方式等。

(1)、粗細粒徑的比例

只有當土中細顆粒的粒徑d小于粗顆粒的骨架孔隙直徑d0時，才能發(fā)生潛蝕。據研究其最優(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系極大。土愈疏松，則細小顆粒在孔隙中隨滲流運動愈順暢;愈緊密則只能讓更細小的顆粒通過。因此，愈疏松的土體愈容易產生滲透變形。

此外，土愈緊密，抗剪強度愈大，抵抗?jié)B透變形的能力愈強。

(2)、細顆粒的含量

天然無粘性土的顆粒組成相當復雜，其分布曲線有單峰型、雙峰型和多峰型。我國水利水電科學研究院通過大量室內試驗研究，提出了用細顆粒含量百分數來判別雙峰型礫土的滲透變形型式：

1當細顆粒含量大于35%時為流土;

2當細顆粒含量小于25%時為潛蝕;

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

此外，細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強度，使土不容易產生滲透變形。

(3)、土的級配特征

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

1當Cu<10時，主要型式為流土;

2當Cu>20時，主要型式為潛蝕;

3當Cu在10-20之間時，流土和潛蝕都可能發(fā)生。

臨界水力梯度與不均勻系數之間的關系見右圖。從圖上可以看出，砂土的不均勻系數愈大，臨界水力梯度愈小，也就是說，產生流土的臨界水力梯度比潛蝕要大。

需要指出的是，上述的判斷對礫質土不適用，而且僅靠上述判別也往往是不全面的。

實驗表明：在滲流作用下，由于無粘性土的結構特性不同，有的土首先表現為潛蝕，然后在更強的水動力條件下轉化為流土。而有的土則在足夠的水動力條件下，直接發(fā)生流土。

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

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