基于级配方程的粗粒土渗透系数经验公式及其验证
发布时间：2021-10-05 15:45
粗粒土广泛应用于土石坝工程和道路工程,其渗流特性关系到工程的稳定性和安全性,渗透系数是衡量其渗流特性的基本参数,其中级配是影响渗流的关键影响因素。为研究级配对粗粒土渗透系数的影响,基于已有研究的渗透试验成果,采用连续级配方程对级配连粗粒土试验级配进行定量描述,研究级配与渗透系数的关系,建立了考虑级配曲线面积的渗透系数经验公式,并用现有其它文献的渗透试验成果验证所建立公式的适用性。结果表明,采用连续级配方程可以较好地定量描述级配连续粗粒土的级配曲线;基于级配面积建立的渗透系数经验公式适用于不同最大粒径及不同级配的粗粒土。
【文章来源】：岩土工程学报. 2020,42(08)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
不同P5含量试验级配曲线及拟合级配曲线
强的适用性。2渗透系数经验公式的建立在前文基础上，进一步寻找粗粒土级配与渗透系数关系，并建立描述渗透系数与级配之间的经验公式。表2给出了不同P5含量的砾石土的渗透系数以及相应的连续级配方程级配参数。将表2中的级配参数与渗透系数进行对比可以看出，级配参数m和b与渗透系数k关系比较复杂，m和b先增大后减小，而渗透系数不断增大，因此定量描述级配参数和渗透系数的关系有一定难度。郭万里[24]提出了级配曲线面积的概念，即最大粒径线、级配曲线、横坐标轴和d=dk围成的面积（如图2所示）。从图1也可以看出，如果采用级配曲线面积表示级配的影响，可以减小试验级配曲线相对于拟合级配曲线的上下波动而不能完全重合的差异，即采用级配方程拟合得到的级配曲线面积表示试验级配曲线面积的差异性较校基于以上考虑，本文采用级配曲线面积研究粗粒土的渗透系数。郭万里[28]基于连续级配方程（1）推导级配曲线面积S的计算公式为ln(1)ln(1)ln10kbbSmb，(2)其中，max1(1)()mkkbddb，(3)式中，m，b为级配参数，dmax为级配最大粒径，dk为级配面积计算时取的最小颗粒粒径，k为颗粒粒径为dk时颗粒含量。郭万里[28]研究表明，将颗粒含量为0.1%对应的粒径作为dk比较符合土体粒径分布实际情况，即取为k为0.1%。图2级配曲线面积SFig.2Areasofgradationcurves运用级配面积计算公式（2），求出各个级配的级配曲线面积S，计算结果如表3所示。表3不同砾石含量级配曲线面积与渗透系数拟合值Table3Areasofgradationcurvewithdifferentgravelcontentsand.fittingvaluesofpermeabilitycoefficients砾石含量/%级
1574岩土工程学报2020年因此，实测渗透系数和拟合渗透系数存在一定偏差。进一步，将经验公式拟合的渗透系数与文献[2]中试验实测的渗透系数进行对比，如图3所示。从图3可知，整体拟合效果而言，笔者所建立的经验公式整体上有一定适用性，具体适用性将在后文进行进一步验证。图3文献[2]渗透系数的实测值和预测值与级配面积间关系Fig.3MeasuredandpredictedvaluesofpermeabilitycoefficientwithareaofgradationcurveinLiterature23渗透系数经验公式的验证针对上一节所提出渗透系数经验公式，本节分别利用文献[3，5，9]中的渗透试验成果进一步验证其适用性。为了验证经验公式对不同最大粒径粗粒土的适用性，采用的验证文献[3]、文献[5]和文献[9]中进行渗透试验时采用的最大粒径分别为20，40，60mm。需要强调的是，文献[3，5，9]渗透试验均主要研究级配对渗透系数的影响，因此，孔隙比等影响渗透系数的其他参数均各自保持一致，同时本文也仅限于研究连续级配的粗粒土。文献所采用试验土料和试验方法等详细信息，本节不再赘述。本节的研究过程及研究方法为：先采用连续级配方程对文献的试验级配曲线进行拟合，得到相应的级配参数m和b的值；再通过公式（3）求出相应的级配曲线面积S；接着，基于本文建立的渗透系数经验公式（4）对文献中渗透试验的实测渗透系数进行拟合，将渗透系数实测值和本节的经验公式拟合值进行对比，根据相应的拟合效果来验证渗透系数经验公式的适用性。文献[3，5，9]试验级配曲线的拟合参数级配m和b以及级配曲线面积S的具体结果如表4所示。其中，文献[3]中的拟合参数a，f和c的值分别为-11.38，7.08和-5.31，文献[5]中的
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于GA-BP神经网络的粗粒土渗透系数预测[J]. 饶云康,丁瑜,倪强,许文年,刘大翔,张恒. 水利水运工程学报. 2018(06)
[2]粒径及级配特性对土体渗透系数影响的细观模拟[J]. 刘一飞,郑东生,杨兵,祝兵,孙明祥. 岩土力学. 2019(01)
[3]颗粒级配与形状对钙质砂渗透性的影响[J]. 任玉宾,王胤,杨庆. 岩土力学. 2018(02)
[4]级配特性对砂土渗透系数影响试验研究[J]. 杨兵,刘一飞,万奋涛,杨涛,冯君,赵兴权,郑东生. 西南交通大学学报. 2016(05)
[5]碎石土级配特征对渗透系数的影响研究[J]. 王双,李小春,王少泉,石露,崔银祥,陈佺. 岩石力学与工程学报. 2015(S2)
[6]连续级配土的级配方程及其适用性研究[J]. 朱俊高,郭万里,王元龙,温彦锋. 岩土工程学报. 2015(10)
[7]粗粒土孔隙比及级配参数与渗透系数概率的相关性研究[J]. 黄达,曾彬,王庆乐. 水利学报. 2015(08)
[8]考虑颗粒形状的粗粒土渗透特性试验研究[J]. 邱珍锋,卢孝志,伍应华. 南水北调与水利科技. 2014(04)
[9]粗粒土渗透系数影响因素试验研究[J]. 王俊杰,卢孝志,邱珍锋,梁越. 水利水运工程学报. 2013(06)
[10]土石混合体渗透性能的试验研究[J]. 周中,傅鹤林,刘宝琛,谭捍华,龙万学,罗强. 湖南大学学报(自然科学版). 2006(06)
硕士论文
[1]颗粒形状对粗粒土渗透特性影响的研究[D]. 彭家奕.长江科学院 2017
[2]粗粒料渗透特性及渗透规律试验研究[D]. 刘黎.四川大学 2006
本文编号：3420056
【文章来源】：岩土工程学报. 2020,42(08)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
不同P5含量试验级配曲线及拟合级配曲线
强的适用性。2渗透系数经验公式的建立在前文基础上，进一步寻找粗粒土级配与渗透系数关系，并建立描述渗透系数与级配之间的经验公式。表2给出了不同P5含量的砾石土的渗透系数以及相应的连续级配方程级配参数。将表2中的级配参数与渗透系数进行对比可以看出，级配参数m和b与渗透系数k关系比较复杂，m和b先增大后减小，而渗透系数不断增大，因此定量描述级配参数和渗透系数的关系有一定难度。郭万里[24]提出了级配曲线面积的概念，即最大粒径线、级配曲线、横坐标轴和d=dk围成的面积（如图2所示）。从图1也可以看出，如果采用级配曲线面积表示级配的影响，可以减小试验级配曲线相对于拟合级配曲线的上下波动而不能完全重合的差异，即采用级配方程拟合得到的级配曲线面积表示试验级配曲线面积的差异性较校基于以上考虑，本文采用级配曲线面积研究粗粒土的渗透系数。郭万里[28]基于连续级配方程（1）推导级配曲线面积S的计算公式为ln(1)ln(1)ln10kbbSmb，(2)其中，max1(1)()mkkbddb，(3)式中，m，b为级配参数，dmax为级配最大粒径，dk为级配面积计算时取的最小颗粒粒径，k为颗粒粒径为dk时颗粒含量。郭万里[28]研究表明，将颗粒含量为0.1%对应的粒径作为dk比较符合土体粒径分布实际情况，即取为k为0.1%。图2级配曲线面积SFig.2Areasofgradationcurves运用级配面积计算公式（2），求出各个级配的级配曲线面积S，计算结果如表3所示。表3不同砾石含量级配曲线面积与渗透系数拟合值Table3Areasofgradationcurvewithdifferentgravelcontentsand.fittingvaluesofpermeabilitycoefficients砾石含量/%级
1574岩土工程学报2020年因此，实测渗透系数和拟合渗透系数存在一定偏差。进一步，将经验公式拟合的渗透系数与文献[2]中试验实测的渗透系数进行对比，如图3所示。从图3可知，整体拟合效果而言，笔者所建立的经验公式整体上有一定适用性，具体适用性将在后文进行进一步验证。图3文献[2]渗透系数的实测值和预测值与级配面积间关系Fig.3MeasuredandpredictedvaluesofpermeabilitycoefficientwithareaofgradationcurveinLiterature23渗透系数经验公式的验证针对上一节所提出渗透系数经验公式，本节分别利用文献[3，5，9]中的渗透试验成果进一步验证其适用性。为了验证经验公式对不同最大粒径粗粒土的适用性，采用的验证文献[3]、文献[5]和文献[9]中进行渗透试验时采用的最大粒径分别为20，40，60mm。需要强调的是，文献[3，5，9]渗透试验均主要研究级配对渗透系数的影响，因此，孔隙比等影响渗透系数的其他参数均各自保持一致，同时本文也仅限于研究连续级配的粗粒土。文献所采用试验土料和试验方法等详细信息，本节不再赘述。本节的研究过程及研究方法为：先采用连续级配方程对文献的试验级配曲线进行拟合，得到相应的级配参数m和b的值；再通过公式（3）求出相应的级配曲线面积S；接着，基于本文建立的渗透系数经验公式（4）对文献中渗透试验的实测渗透系数进行拟合，将渗透系数实测值和本节的经验公式拟合值进行对比，根据相应的拟合效果来验证渗透系数经验公式的适用性。文献[3，5，9]试验级配曲线的拟合参数级配m和b以及级配曲线面积S的具体结果如表4所示。其中，文献[3]中的拟合参数a，f和c的值分别为-11.38，7.08和-5.31，文献[5]中的
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于GA-BP神经网络的粗粒土渗透系数预测[J]. 饶云康,丁瑜,倪强,许文年,刘大翔,张恒. 水利水运工程学报. 2018(06)
[2]粒径及级配特性对土体渗透系数影响的细观模拟[J]. 刘一飞,郑东生,杨兵,祝兵,孙明祥. 岩土力学. 2019(01)
[3]颗粒级配与形状对钙质砂渗透性的影响[J]. 任玉宾,王胤,杨庆. 岩土力学. 2018(02)
[4]级配特性对砂土渗透系数影响试验研究[J]. 杨兵,刘一飞,万奋涛,杨涛,冯君,赵兴权,郑东生. 西南交通大学学报. 2016(05)
[5]碎石土级配特征对渗透系数的影响研究[J]. 王双,李小春,王少泉,石露,崔银祥,陈佺. 岩石力学与工程学报. 2015(S2)
[6]连续级配土的级配方程及其适用性研究[J]. 朱俊高,郭万里,王元龙,温彦锋. 岩土工程学报. 2015(10)
[7]粗粒土孔隙比及级配参数与渗透系数概率的相关性研究[J]. 黄达,曾彬,王庆乐. 水利学报. 2015(08)
[8]考虑颗粒形状的粗粒土渗透特性试验研究[J]. 邱珍锋,卢孝志,伍应华. 南水北调与水利科技. 2014(04)
[9]粗粒土渗透系数影响因素试验研究[J]. 王俊杰,卢孝志,邱珍锋,梁越. 水利水运工程学报. 2013(06)
[10]土石混合体渗透性能的试验研究[J]. 周中,傅鹤林,刘宝琛,谭捍华,龙万学,罗强. 湖南大学学报(自然科学版). 2006(06)
硕士论文
[1]颗粒形状对粗粒土渗透特性影响的研究[D]. 彭家奕.长江科学院 2017
[2]粗粒料渗透特性及渗透规律试验研究[D]. 刘黎.四川大学 2006
本文编号：3420056
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