高细粒含量砂砾石料的渗透特性试验研究

吴平; 凌小东; 石北啸; 何宁

doi:10.11779/CJGE2023S10028

高细粒含量砂砾石料的渗透特性试验研究 English Version

吴平^1,,
凌小东²,
石北啸^{3, 4},
何宁⁵

1.
中铁水利水电规划设计集团有限公司, 江西南昌 330029
2.
南京工业大学海外教育学院, 江苏南京 211816
3.
南京水利科学研究院岩土工程研究所, 江苏南京 210024
4.
水利部水库大坝安全重点实验室, 江苏南京 210029
5.
甘肃电投炳灵水电开发有限责任公司, 甘肃临夏 731600

基金项目:

江西省水利厅科技项目 202124ZDKT06

国家重点研究计划项目课题 2022YFC3005502

国家自然科学基金面上项目 52279135

详细信息

作者简介:
吴平(1980—)，男，本科，正高级工程师，主要从事水文地质与工程地质、水利水电工程地质勘察与水利工程地质等方面的研究工作。E-mail: 285676627@qq.com

中图分类号: TU411
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出版历程
- 收稿日期: 2023-07-04
- 网络出版日期: 2023-11-23
- 刊出日期: 2023-10-31

Experimental study on permeability characteristics of sandy gravel with high fines content

1.
China Railway Water Resources and Hydropower Planning and Design Group, Nanchang 330029, China
2.
College of Overseas Education, Nanjing Tech University, Nanjing 211816, China
3.
Department of Geotechnical Engineering, Nanjing Hydraulic Research Institute, Nanjing 210024, China
4.
MWR Key Laboratory of Reservoir Dam Safety Nanjing 210029, China
5.
Gansu Electric Power Investment Bingling Hydropower Development Co., Ltd., Linxia 731600, China

摘要

摘要: 开展了不良级配高细料含量覆盖层砂砾石料的渗透特性试验研究。结果表明：随相对密度和小于5 mm粒径颗粒含量的增加，渗透系数降低。渗透系数随相对密度的变化可用半对数公式描述，渗透系数随P_<5含量的变化可用幂函数描述。通过归一化方法提出了渗透系数经验公式，可预测试验或文中建议范围内鄱阳湖覆盖层砂砾料的渗透系数。高细粒含量砂砾石料的渗透变形破坏方式主要为过渡型或流土型，随相对密度和P_<5含量的提高，渗透变形破坏方式逐渐由过渡型趋向于流土型。
- 砂砾石料 /
- 渗透特性 /
- 高细粒含量 /
- 相对密度
Abstract: A series of tests are conducted on the permeability characteristics of sandy gravel with high fines content. It is found that the permeability coefficient of sandy gravel decreases with the increase of the particles less than 5 mm and the relative density. The change of permeability coefficient with the relative density can be described by the semi-logarithmic formula, and the change of permeability coefficient with the content of particles less than 5 mm can be described by the power function. By using the normalization method, the empirical formula is proposed to predict the permeability coefficient of sandy gravel for overburden in Poyang Lake area. The seepage deformation of sandy gravel with high content of particles less than 5 mm is characterized by the soil flow failure or transitional failure. With the increase of the content of particles less than 5 mm and the relative density, the transitional failure turns to the soil flow one.
- sandy gravel /
- permeability characteristic /
- high fines content /
- relative density

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图 1 级配包络线与试验级配

Figure 1. Grading envelopes and testing gradations

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图 2 k随D_r的变化

Figure 2. Change of k with D_r

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${k_{{D_{\text{r}}}}}$ /k_0.55随D_r/0.55的变化

Change of ${k_{{D_{\text{r}}}}}$ /k_0.55 with D_r/0.55

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${k_{{D_{\text{r}}}}}$ /k_0.55-ln(D_r/0.55)关系曲线

Relationship between of ${k_{{D_{\text{r}}}}}$ /k_0.55 and ln(D_r/0.55)

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图 5 k随P_<5的变化

Figure 5. Change of k with P_<5

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图 6 k_P<5/k_59.4%-P_<5/59.4%关系曲线

Figure 6. Relationship between k_P<5/k_59.4% and P_<5/59.4%

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图 7 i_F-D_r的变化

Figure 7. Change of i_F with D_r

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图 8 i_F-P_<5的变化

Figure 8. Change of i_F with P_<5

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图 9 流速与坡降关系曲线

Figure 9. Relationship between seepage velocity and head gradient

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表 1 相对密度试验结果及试验干密度

Table 1 Test results of relative density and test densities

级配特性	相对质量密度	最小干密度/ (g·cm^-3)	最大干密度/ (g·cm^-3)	相对密度 D_r	试验干密度/ (g·cm^-3)	孔隙比
上包线 P_<5=59.4%	2.64	1.81	2.10	0.55	1.96	0.348
				0.68	2.00	0.322
				0.80	2.03	0.297
平均线 P_<5=50.8%	2.64	1.85	2.16	0.33	1.94	0.361
				0.55	2.01	0.314
				0.68	2.05	0.288
				0.80	2.09	0.263
下包线 P_<5=42.2%	2.64	1.91	2.22	0.55	2.07	0.276
				0.68	2.11	0.251
				0.80	2.15	0.228

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表 2 渗透系数测试结果

Table 2 Results of permeability coefficient

级配特性	相对密度	${\rho _{\text{d}}}$ / (g·cm^-3)	k/ (cm·s^-1)	$\frac{{{k_{{D_{\text{r}}}}}}}{{{k_{0.55}}}}$	$\frac{{{k_{P < 5}}}}{{{k_{59.4\% }}}}$
上包线 P_<5=59.4%	0.55	1.96	9.81×10^-3	1.000	1
	0.68	2.00	6.11×10^-3	0.623	1
	0.80	2.03	3.77×10^-3	0.384	1
平均线 P_<5=50.8%	0.33	1.94	2.11×10^-2	1.808	—
	0.55	2.01	1.17×10^-2	1.000	1.188
	0.68	2.05	7.48×10^-3	0.642	1.224
	0.80	2.09	4.46×10^-3	0.382	1.183
下包线 P_<5=42.2%	0.55	2.07	1.41×10^-2	1.000	1.436
	0.68	2.11	8.77×10^-3	0.622	1.435
	0.80	2.15	5.05×10^-3	0.359	1.341

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表 3 某高坝砂砾石料渗透系数

Table 3 Permeability coefficients of sandy gravel of a high dam

级配特性	P_<5/ %	D_r	${\rho _{\text{d}}}$ / (g·cm^-3)	k/ (cm·s^-1)
上包线	37	0.90	2.28	2.50×10^-4
平均线	25	0.90	2.27	6.01×10^-3
下包线	17	0.90	2.22	7.73×10^-2

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表 4 渗透系数试验与计算对比

Table 4 Strength indexes of sandy gravel

小于5 mm粒径含量 P_<5 /%	相对密度 D_r	渗透系数计算值/ (cm·s^-1)	渗透系数试验值/ (cm·s^-1)	相对误差/%
59.4	0.55	9.81×10^-3	9.81×10^-3	0.0
59.4	0.68	6.37×10^-3	6.11×10^-3	4.2
59.4	0.80	3.73×10^-3	3.77×10^-3	-1.0
50.8	0.33	2.11×10^-2	2.11×10^-2	0.2
50.8	0.55	1.15×10^-2	1.17×10^-2	-1.8
50.8	0.68	7.43×10^-3	7.48×10^-3	-0.7
50.8	0.80	4.36×10^-3	4.46×10^-3	-2.3
42.2	0.55	1.38×10^-2	1.41×10^-2	-2.4
42.2	0.68	8.93×10^-3	8.77×10^-3	1.8
42.2	0.80	5.23×10^-3	5.05×10^-3	3.5

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表 5 渗透变形参数

Table 5 Strength indexes of sandy gravel

级配特性	相对密度	${\rho _{\text{d}}}$ / (g·cm^-3)	临界坡降	破坏坡降	破坏方式
上包线 P_<5=59.4%	0.55	1.96	0.45	1.09	过渡
	0.68	2.00	1.15	1.31	流土
	0.80	2.03	1.37	1.53	流土
平均线 P_<5=50.8%	0.33	1.94	0.21	0.93	过渡
	0.55	2.01	0.54	1.25	过渡
	0.68	2.05	0.69	1.46	过渡
	0.80	2.09	1.52	1.67	流土
下包线 P_<5=42.2%	0.55	2.07	0.61	1.38	过渡
	0.68	2.11	0.77	1.58	过渡
	0.80	2.15	1.63	1.79	流土

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