无粘性粗颗粒土渗透性的影响因素分析

 引言
无粘性粗颗粒土具有压实性好、承载力高、变形性好等诸多优点，在一些工程建设中广泛使用，尤其是水利工程，随着水利工程各项技术、实验的发展，粗颗粒土成为土石坝建设的主要材料。但是粗颗粒土也有一些缺点，比如说抗渗性低，颗粒均匀性差等，而无粘性粗颗粒土的渗透性又是土石坝建设的一个重要指标，所以我们在本文中，对影响无粘性粗颗粒土渗透性的影响因素进行分析，研究影响无粘性粗颗粒土渗透系数的因素。
1 无粘性粗颗粒土以及其渗透性分析
土是一种三相组成的多孔介质，其空隙在空间上是相同的，土可以分成不同的种类，按照粒径分，可以分为粗颗粒土和细颗粒土；按照粘性分，可以分为粘性土和无粘性土。我们在本文中研究的土质为无粘性粗颗粒土。
无粘性粗颗粒土在工程建设中经常遇到，是一种广泛使用的建筑材料，根据调查无粘性粗颗粒土在各种工程中的使用量远远大于粘性土的使用量，这种土质之所以被广泛使用是因为其本身具有很多的优点，高强度、高承载力、低压缩性等，但是在众多优点中无粘性粗颗粒土也有一定的不足，它没有很好的抗渗性、颗粒的均匀性也很差，在水流的冲击下很容易被破坏，在一些以无粘性粗颗粒土为主的工程中发生工程事故的事件时有发生，这是在进行工程建设中没有正确的认识到这种土质的特性导致的[1]。无粘性粗颗粒土的渗透性影响因素有很多，比如水质、稳定、试验方法等。
土的渗透性主要是指水流通过土中的缝隙进行流通的难易程度，是土的一个重要性质，在水利工程中无粘性粗颗粒土的渗透性起着关键性的作用，所以我们对无粘性粗颗粒土的渗透性进行研究，对影响无粘性粗颗粒土渗透性的影响因素进行分析。
2 无粘性粗颗粒土渗透性的影响因素
经过研究，对土的渗透性有主要影响的因素为流体、土的特性，土的特性有：颗粒大小、形状、密度、粘性等[2]。通过土层的流体对土的渗透性影响主要是粘滞度，流体的粘滞度会受到温度的影响，温度升高，流体的粘滞度就会下降，流动速度就会增大，稳定降低，流体的粘滞度就升高，进而流体的流动速度就会减慢，土层的渗透性就会下降。土质的颗粒度也会影响其渗透性，颗粒越细，土的渗透性越低，土的颗粒越粗，其渗透性越好，土的颗粒大小影响着土粒之间缝隙的大小，土粒之间的缝隙大小影响着其渗透性，所以土的颗粒大小影响其渗透性。土的密度大小也会影响土的渗透性，土的密度越大，其土粒之间的孔隙就越小，随之其渗透性就会降低，土的密度小，土粒之间的孔隙就增大，其渗透性增大[3]。
我们在本文中主要研究的是无粘性粗颗粒土渗透性，所以我们重点对粗颗粒土的颗粒大小、密度、孔隙等进行研究。在达西实验中得出，水流在土层中的流动速度和水利坡降是正例关系：v=KI，其中K为渗透系数[4]。这个结论是水利地质工程中的一项重要参数，而渗透系数的大小会受到很多因素的影响，以下我们对无粘性粗颗粒土的渗透性进行试验研究。
3 无粘性粗颗粒土渗透性影响因素试验
采用渗透变形仪器，三种不同的无粘性粗颗粒土，在渗透仪中将三种无粘性粗颗粒土分成三层进行捣实，每层土的级配相同，采用自来水进行渗透试验，试验时间在24小时以上，第一级加水，土层渗透坡降为0.02～0.03。以后按0.05、0.1、0.15…等进行坡降递增，在临界点时，递增坡降值要减小，每级加水连续三次对渗透仪中的水位以及渗透量进行测定，没有异常则进行下一级的加水，当水流不再增加或者渗透仪中的土层试样被破坏，则试验结束。我们进行的此次试验以达西原理为基础，对无粘性粗颗粒土的渗透系数进行计算。此次试验采用的无粘性粗颗粒土从某个水利工程土石坝建筑材料中选取，分别是过渡料、垫层料、特殊垫层料，试验材料的物理参数在取样现场进行测定。根据渗透仪的试验材料的粒径要求（最大60mm），过渡料和垫层料不符合要求，所以直接用其中粒径在60mm以下的部分代替。缩尺后的试验材料参数资料见
表1。
通过无粘性粗颗粒土的渗透性试验，三种无粘性粗颗粒土的渗透结果见表2，因为试验条件的有限性，我们对土粒间的孔隙和其渗透系数之间的关系绘成曲线图进行分析研究。
从试验结果进行分析，过渡料的渗透系数明显的比垫层料和特殊垫层料的渗透系数大，从每种无粘性粗颗粒土的孔隙比进行分析，孔隙比和渗透系数之间有一定的线性关系，虽然我们进行的试验次数较少，但是在一些理论和物理学者的研究理论以及渗透实验的结果，将孔隙比和渗透系数之间存在的线性关系确定。而过渡料的渗透系数比其他两种无粘性粗颗粒土的渗透系数大，根据试验材料的基本物理参数可以判断为：过渡料中细颗粒占有的比例相对于垫层料和特殊垫层料中细颗粒的含量较少，我们也由此得出无粘性粗颗粒土的颗粒度越大，其土体之间的孔隙就会越大，进而该种粗颗粒土的渗透性就大。
从垫层料和特殊垫层料的试验结果进行分析，特殊垫层料的不均匀系数比垫层料的不均匀系数小，但是试验材料的基本资料中特殊垫层料的容重比垫层料的容重大，而且干密度也比垫层料的大，综合各种因素，这两种试验材料的孔隙比接近，所以这两种试验材料的渗透系数相差不大。我们由此得出，土体的孔隙比是影响无粘性粗颗粒土渗透性的主要因素。将无粘性粗颗粒土的容重、干密度、孔隙比控制在相同或者接近的范围时，粗颗粒土的不均匀系数才会对其渗透系数产生影响[5]。
综合以上的试验结果，以及各项无粘性粗颗粒土的基本参数，我们将本次试验无粘性粗颗粒土渗透性的影响因素中，最主要的影响因素定为孔隙比，其他影响因素对无粘性粗颗粒土渗透性的影响很小。无粘性粗颗粒土的颗粒组成中颗粒度较大且分散分布，虽然其渗透性有很多的影响因素，但是我们将影响效果最为显著的孔隙比作为主要的影响因素。土体的颗粒越小，其渗透性就越小。将除不均匀系数以外的各项条件控制在相同或接近的位置，不均匀系数才会对土体的渗透系数有一定的影响。
4 小结
我们在本文中对无粘性粗颗粒土以及渗透性进行了认识，对影响无粘性粗颗粒土渗透性的影响因素进行了试验，根据试验结果，我们知道土体的渗透系数和孔隙比存在一定的线性关系，其中无粘性粗颗粒土渗透性的主要影响因素为孔隙比，其他影响因素对渗透性的影响很小，而且需要对其他参数等进行控制，这种影响才会凸显。