基于級配方程的粗粒土滲透系數(shù)經(jīng)驗公式及其驗證
發(fā)布時間：2021-10-05 15:45
粗粒土廣泛應用于土石壩工程和道路工程,其滲流特性關系到工程的穩(wěn)定性和安全性,滲透系數(shù)是衡量其滲流特性的基本參數(shù),其中級配是影響滲流的關鍵影響因素。為研究級配對粗粒土滲透系數(shù)的影響,基于已有研究的滲透試驗成果,采用連續(xù)級配方程對級配連粗粒土試驗級配進行定量描述,研究級配與滲透系數(shù)的關系,建立了考慮級配曲線面積的滲透系數(shù)經(jīng)驗公式,并用現(xiàn)有其它文獻的滲透試驗成果驗證所建立公式的適用性。結果表明,采用連續(xù)級配方程可以較好地定量描述級配連續(xù)粗粒土的級配曲線;基于級配面積建立的滲透系數(shù)經(jīng)驗公式適用于不同最大粒徑及不同級配的粗粒土。
【文章來源】：巖土工程學報. 2020,42(08)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：6 頁
【部分圖文】：
不同P5含量試驗級配曲線及擬合級配曲線
強的適用性。2滲透系數(shù)經(jīng)驗公式的建立在前文基礎上，進一步尋找粗粒土級配與滲透系數(shù)關系，并建立描述滲透系數(shù)與級配之間的經(jīng)驗公式。表2給出了不同P5含量的礫石土的滲透系數(shù)以及相應的連續(xù)級配方程級配參數(shù)。將表2中的級配參數(shù)與滲透系數(shù)進行對比可以看出，級配參數(shù)m和b與滲透系數(shù)k關系比較復雜，m和b先增大后減小，而滲透系數(shù)不斷增大，因此定量描述級配參數(shù)和滲透系數(shù)的關系有一定難度。郭萬里[24]提出了級配曲線面積的概念，即最大粒徑線、級配曲線、橫坐標軸和d=dk圍成的面積（如圖2所示）。從圖1也可以看出，如果采用級配曲線面積表示級配的影響，可以減小試驗級配曲線相對于擬合級配曲線的上下波動而不能完全重合的差異，即采用級配方程擬合得到的級配曲線面積表示試驗級配曲線面積的差異性較�；谝陨峡紤]，本文采用級配曲線面積研究粗粒土的滲透系數(shù)。郭萬里[28]基于連續(xù)級配方程（1）推導級配曲線面積S的計算公式為ln(1)ln(1)ln10kbbSmb，(2)其中，max1(1)()mkkbddb，(3)式中，m，b為級配參數(shù)，dmax為級配最大粒徑，dk為級配面積計算時取的最小顆粒粒徑，k為顆粒粒徑為dk時顆粒含量。郭萬里[28]研究表明，將顆粒含量為0.1%對應的粒徑作為dk比較符合土體粒徑分布實際情況，即取為k為0.1%。圖2級配曲線面積SFig.2Areasofgradationcurves運用級配面積計算公式（2），求出各個級配的級配曲線面積S，計算結果如表3所示。表3不同礫石含量級配曲線面積與滲透系數(shù)擬合值Table3Areasofgradationcurvewithdifferentgravelcontentsand.fittingvaluesofpermeabilitycoefficients礫石含量/%級
1574巖土工程學報2020年因此，實測滲透系數(shù)和擬合滲透系數(shù)存在一定偏差。進一步，將經(jīng)驗公式擬合的滲透系數(shù)與文獻[2]中試驗實測的滲透系數(shù)進行對比，如圖3所示。從圖3可知，整體擬合效果而言，筆者所建立的經(jīng)驗公式整體上有一定適用性，具體適用性將在后文進行進一步驗證。圖3文獻[2]滲透系數(shù)的實測值和預測值與級配面積間關系Fig.3MeasuredandpredictedvaluesofpermeabilitycoefficientwithareaofgradationcurveinLiterature23滲透系數(shù)經(jīng)驗公式的驗證針對上一節(jié)所提出滲透系數(shù)經(jīng)驗公式，本節(jié)分別利用文獻[3，5，9]中的滲透試驗成果進一步驗證其適用性。為了驗證經(jīng)驗公式對不同最大粒徑粗粒土的適用性，采用的驗證文獻[3]、文獻[5]和文獻[9]中進行滲透試驗時采用的最大粒徑分別為20，40，60mm。需要強調(diào)的是，文獻[3，5，9]滲透試驗均主要研究級配對滲透系數(shù)的影響，因此，孔隙比等影響滲透系數(shù)的其他參數(shù)均各自保持一致，同時本文也僅限于研究連續(xù)級配的粗粒土。文獻所采用試驗土料和試驗方法等詳細信息，本節(jié)不再贅述。本節(jié)的研究過程及研究方法為：先采用連續(xù)級配方程對文獻的試驗級配曲線進行擬合，得到相應的級配參數(shù)m和b的值；再通過公式（3）求出相應的級配曲線面積S；接著，基于本文建立的滲透系數(shù)經(jīng)驗公式（4）對文獻中滲透試驗的實測滲透系數(shù)進行擬合，將滲透系數(shù)實測值和本節(jié)的經(jīng)驗公式擬合值進行對比，根據(jù)相應的擬合效果來驗證滲透系數(shù)經(jīng)驗公式的適用性。文獻[3，5，9]試驗級配曲線的擬合參數(shù)級配m和b以及級配曲線面積S的具體結果如表4所示。其中，文獻[3]中的擬合參數(shù)a，f和c的值分別為-11.38，7.08和-5.31，文獻[5]中的
【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于GA-BP神經(jīng)網(wǎng)絡的粗粒土滲透系數(shù)預測[J]. 饒云康,丁瑜,倪強,許文年,劉大翔,張恒. 水利水運工程學報. 2018(06)
[2]粒徑及級配特性對土體滲透系數(shù)影響的細觀模擬[J]. 劉一飛,鄭東生,楊兵,祝兵,孫明祥. 巖土力學. 2019(01)
[3]顆粒級配與形狀對鈣質(zhì)砂滲透性的影響[J]. 任玉賓,王胤,楊慶. 巖土力學. 2018(02)
[4]級配特性對砂土滲透系數(shù)影響試驗研究[J]. 楊兵,劉一飛,萬奮濤,楊濤,馮君,趙興權,鄭東生. 西南交通大學學報. 2016(05)
[5]碎石土級配特征對滲透系數(shù)的影響研究[J]. 王雙,李小春,王少泉,石露,崔銀祥,陳佺. 巖石力學與工程學報. 2015(S2)
[6]連續(xù)級配土的級配方程及其適用性研究[J]. 朱俊高,郭萬里,王元龍,溫彥鋒. 巖土工程學報. 2015(10)
[7]粗粒土孔隙比及級配參數(shù)與滲透系數(shù)概率的相關性研究[J]. 黃達,曾彬,王慶樂. 水利學報. 2015(08)
[8]考慮顆粒形狀的粗粒土滲透特性試驗研究[J]. 邱珍鋒,盧孝志,伍應華. 南水北調(diào)與水利科技. 2014(04)
[9]粗粒土滲透系數(shù)影響因素試驗研究[J]. 王俊杰,盧孝志,邱珍鋒,梁越. 水利水運工程學報. 2013(06)
[10]土石混合體滲透性能的試驗研究[J]. 周中,傅鶴林,劉寶琛,譚捍華,龍萬學,羅強. 湖南大學學報(自然科學版). 2006(06)
碩士論文
[1]顆粒形狀對粗粒土滲透特性影響的研究[D]. 彭家奕.長江科學院 2017
[2]粗粒料滲透特性及滲透規(guī)律試驗研究[D]. 劉黎.四川大學 2006
本文編號：3420056
【文章來源】：巖土工程學報. 2020,42(08)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：6 頁
【部分圖文】：
不同P5含量試驗級配曲線及擬合級配曲線
強的適用性。2滲透系數(shù)經(jīng)驗公式的建立在前文基礎上，進一步尋找粗粒土級配與滲透系數(shù)關系，并建立描述滲透系數(shù)與級配之間的經(jīng)驗公式。表2給出了不同P5含量的礫石土的滲透系數(shù)以及相應的連續(xù)級配方程級配參數(shù)。將表2中的級配參數(shù)與滲透系數(shù)進行對比可以看出，級配參數(shù)m和b與滲透系數(shù)k關系比較復雜，m和b先增大后減小，而滲透系數(shù)不斷增大，因此定量描述級配參數(shù)和滲透系數(shù)的關系有一定難度。郭萬里[24]提出了級配曲線面積的概念，即最大粒徑線、級配曲線、橫坐標軸和d=dk圍成的面積（如圖2所示）。從圖1也可以看出，如果采用級配曲線面積表示級配的影響，可以減小試驗級配曲線相對于擬合級配曲線的上下波動而不能完全重合的差異，即采用級配方程擬合得到的級配曲線面積表示試驗級配曲線面積的差異性較�；谝陨峡紤]，本文采用級配曲線面積研究粗粒土的滲透系數(shù)。郭萬里[28]基于連續(xù)級配方程（1）推導級配曲線面積S的計算公式為ln(1)ln(1)ln10kbbSmb，(2)其中，max1(1)()mkkbddb，(3)式中，m，b為級配參數(shù)，dmax為級配最大粒徑，dk為級配面積計算時取的最小顆粒粒徑，k為顆粒粒徑為dk時顆粒含量。郭萬里[28]研究表明，將顆粒含量為0.1%對應的粒徑作為dk比較符合土體粒徑分布實際情況，即取為k為0.1%。圖2級配曲線面積SFig.2Areasofgradationcurves運用級配面積計算公式（2），求出各個級配的級配曲線面積S，計算結果如表3所示。表3不同礫石含量級配曲線面積與滲透系數(shù)擬合值Table3Areasofgradationcurvewithdifferentgravelcontentsand.fittingvaluesofpermeabilitycoefficients礫石含量/%級
1574巖土工程學報2020年因此，實測滲透系數(shù)和擬合滲透系數(shù)存在一定偏差。進一步，將經(jīng)驗公式擬合的滲透系數(shù)與文獻[2]中試驗實測的滲透系數(shù)進行對比，如圖3所示。從圖3可知，整體擬合效果而言，筆者所建立的經(jīng)驗公式整體上有一定適用性，具體適用性將在后文進行進一步驗證。圖3文獻[2]滲透系數(shù)的實測值和預測值與級配面積間關系Fig.3MeasuredandpredictedvaluesofpermeabilitycoefficientwithareaofgradationcurveinLiterature23滲透系數(shù)經(jīng)驗公式的驗證針對上一節(jié)所提出滲透系數(shù)經(jīng)驗公式，本節(jié)分別利用文獻[3，5，9]中的滲透試驗成果進一步驗證其適用性。為了驗證經(jīng)驗公式對不同最大粒徑粗粒土的適用性，采用的驗證文獻[3]、文獻[5]和文獻[9]中進行滲透試驗時采用的最大粒徑分別為20，40，60mm。需要強調(diào)的是，文獻[3，5，9]滲透試驗均主要研究級配對滲透系數(shù)的影響，因此，孔隙比等影響滲透系數(shù)的其他參數(shù)均各自保持一致，同時本文也僅限于研究連續(xù)級配的粗粒土。文獻所采用試驗土料和試驗方法等詳細信息，本節(jié)不再贅述。本節(jié)的研究過程及研究方法為：先采用連續(xù)級配方程對文獻的試驗級配曲線進行擬合，得到相應的級配參數(shù)m和b的值；再通過公式（3）求出相應的級配曲線面積S；接著，基于本文建立的滲透系數(shù)經(jīng)驗公式（4）對文獻中滲透試驗的實測滲透系數(shù)進行擬合，將滲透系數(shù)實測值和本節(jié)的經(jīng)驗公式擬合值進行對比，根據(jù)相應的擬合效果來驗證滲透系數(shù)經(jīng)驗公式的適用性。文獻[3，5，9]試驗級配曲線的擬合參數(shù)級配m和b以及級配曲線面積S的具體結果如表4所示。其中，文獻[3]中的擬合參數(shù)a，f和c的值分別為-11.38，7.08和-5.31，文獻[5]中的
【參考文獻】：
期刊論文
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[2]粒徑及級配特性對土體滲透系數(shù)影響的細觀模擬[J]. 劉一飛,鄭東生,楊兵,祝兵,孫明祥. 巖土力學. 2019(01)
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[4]級配特性對砂土滲透系數(shù)影響試驗研究[J]. 楊兵,劉一飛,萬奮濤,楊濤,馮君,趙興權,鄭東生. 西南交通大學學報. 2016(05)
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[6]連續(xù)級配土的級配方程及其適用性研究[J]. 朱俊高,郭萬里,王元龍,溫彥鋒. 巖土工程學報. 2015(10)
[7]粗粒土孔隙比及級配參數(shù)與滲透系數(shù)概率的相關性研究[J]. 黃達,曾彬,王慶樂. 水利學報. 2015(08)
[8]考慮顆粒形狀的粗粒土滲透特性試驗研究[J]. 邱珍鋒,盧孝志,伍應華. 南水北調(diào)與水利科技. 2014(04)
[9]粗粒土滲透系數(shù)影響因素試驗研究[J]. 王俊杰,盧孝志,邱珍鋒,梁越. 水利水運工程學報. 2013(06)
[10]土石混合體滲透性能的試驗研究[J]. 周中,傅鶴林,劉寶琛,譚捍華,龍萬學,羅強. 湖南大學學報(自然科學版). 2006(06)
碩士論文
[1]顆粒形狀對粗粒土滲透特性影響的研究[D]. 彭家奕.長江科學院 2017
[2]粗粒料滲透特性及滲透規(guī)律試驗研究[D]. 劉黎.四川大學 2006
本文編號：3420056
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