侧限应力作用下缺级粗粒土的水平渗透破坏特性试验研究

摘要

土石坝工程在我国的国民经济基础设施建设中发挥着重要作用，在土石坝的设计和建设方面受限于目前的认知水平，我国土石坝的溃坝事故时有发生，其中土体的渗透破坏是造成土石坝溃决破坏的主要原因。近年来，随着高层和超高层在我国各大城市大量兴建，深基坑工程中地下水的渗流稳定问题成为工程建设中急需解决的难题。因此，为了在工程建设中提供合理的渗流控制方面的参考依据，掌握土体的渗透破坏机理是当前非常迫切的课题。在实际工程中，土石坝的坝体坝基以及基坑土体中的渗流方向与土体的重力方向更加接近于相互垂直，而目前研究土体的室内渗透破坏试验大多以竖向渗流为主，忽略了渗流方向的影响，而且没有考虑土体所处的应力状态，因此试验结果往往与实际工程中检测结果不相符。
　　为了尽可能地缩小试验条件与实际工程条件的差距，本课题研制了更加符合实际工程条件的渗透破坏试验仪器，该仪器可以模拟出土体压实方向与渗流方向垂直的水平渗透破坏试验，而且在试验中可以考虑土体所受到的竖向应力作用。然后运用该试验仪器对内部结构不稳定的缺级粗颗粒土开展室内渗透破坏试验，分别研究了竖向应力、密实程度和细颗粒含量对缺级粗颗粒土在侧限应力条件下的水平渗透破坏特性的影响。
　　试验结果表明竖向应力、干密度和细粒含量对土样的水平渗透破坏特性都有较大影响。首先，细颗粒充满粗颗粒孔隙时，沿水平方向运移的细颗粒受到的附加应力直接源于竖向应力的传递，在细颗粒含量和干密度相同的条件下，土样所受的竖向应力越大，细颗粒的附加约束力也越大，临界水力梯度和破坏水力梯度也越大；水平渗透试验在渗流发展过程中水平向孔隙通道一直受到竖向应力的压缩，水平向孔隙通道不会因细颗粒的流失而持续扩展，渗透性表现出多次增大再减小的循环往复过程；土样的初始渗透系数和最大渗透系数都随竖向应力的增大而减小，竖向应力有利于渗流量的控制；细颗粒的侵蚀率也随竖向应力的增大而减小。其次，在竖向应力和细颗粒含量相同时，土样的干密度越大，孔隙率越小，颗粒被压缩得更紧密，临界水力梯度和破坏水力梯度也会越大；土样的初始渗透系数、最大渗透系数和细颗粒的侵蚀率都随干密度的增大而减小。最后，在竖向应力和干密度相同时，土样的细颗粒含量越大，细颗粒对粗颗粒孔隙的填充度也越大，孔隙通道的有效直径更小，而且细颗粒达到充满粗颗粒孔隙的填充度时，竖向应力会在部分细颗粒间传递，这种附加应力让细颗粒的水平向迁移变得更加困难，临界水力梯度和破坏水力梯度也就越大；土样的初始渗透系数、最大渗透系数和细颗粒的侵蚀率都随细颗粒含量的增大而减小。

目录

第1章绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状及分析

1.3 研究内容及方案

第2章试验仪器的介绍及试验方案

2.1 引言

2.2 试验仪器

2.3 试验过程

2.4 试验用土级配及基本物理性质

2.5 重复性试验

2.6 试验方案

2.7 本章小结

第3章应力状态对土体渗透破坏的影响

3.1 引言

3.2 应力状态的影响

3.3 本章小结

第4章密实程度对土体渗透破坏的影响

4.1 引言

4.2 密实程度的影响

4.3 本章小结

第5章细颗粒含量对土体渗透破坏的影响

5.1 引言

5.2 细颗粒含量的影响

5.3 本章小结

结论

参考文献

附录

声明

致谢