根據新規范《GBT50145-2007土的工程分類標準》，試樣中粗粒組（0.075mm《d《60mm）含量大于50%的土稱粗粒類，其中礫粒組含量大于砂粒組含量的土稱礫類土，礫粒組含量不大于砂粒組含量的土稱砂類土。本文主要針對粗粒類土的滲透系數與級配特征粒徑的關系進行了一些研究，文章是一篇工程技術期刊論文發表范文。

　　摘 要：滲透系數是粗粒類土工程特性的重要指標，文章在分析計算粗粒類土的滲透系數的常用公式基礎上，通過對我國諸多學者在各地區對不同粗粒類土的滲透試驗資料的研究，提出了粗粒類土的滲透系數與級配特征粒徑之間的經驗公式，從而揭示了粗粒類土的級配特征粒徑對滲透系數的影響規律。

　　關鍵詞：粗粒類土,滲透系數,特征粒徑,公式

　　Abstract： The permeability coefficient is an important indicator of the coarse type of soil engineering properties， articles commonly used formula on the basis of the analysis to calculate the coarse-grained soil penetration coefficient， many of our scholars in various regions of different coarse-grained type of soil penetration testthe research， the empirical formula between the coarse-grained type of soil permeability coefficient and gradation characteristics particle size， which reveals the coarse soil level with the characteristics of particle size on the permeability coefficient investigated.

　　Keywords： coarse-grained soil; permeability coefficient; characteristic particle size; formula

　　粗粒類土是按工程分類標準定名的一類土。國家標準《土的工程分類標準GB/T 50145-2007》、行業標準《土工試驗規程SL 237-1999》、《水電水利工程土工試驗規程DL/T 5355-2006》等將巨粒組土粒(d>60mm)質量小于或等于總質量15%，且巨粒組土粒與粗粒組土粒(60mm≥d>0.075mm)質量之和多余總質量50%的土定名為粗粒類土。在粗粒類土中礫粒組(d>2mm)質量大于總質量50%的土稱礫類土，礫粒組質量小于或等于總質量50%的土稱砂類土。交通部行業標準《公路土工試驗規程JTG E40-2007》將前述粗粒類土稱為粗粒土。

　　粗粒類土在工程建設中經常遇到，應用十分廣泛。它不但可作為建筑材料直接應用于工程建設，而且還是一些工程建設不可回避的外部環境或工程地質問題。因對粗粒類土的滲透特性認識不足而發生工程事故的事件不少，比如美國提堂(Teton)壩的潰決;方坦奈耳(Fontenelle)壩的滲透破壞;1975年8月中國淮河上游，由于滲透破壞發生板橋、石漫灘水庫群垮壩事件，水庫垮壩計58座。由此可見，對粗粒類土的工程特性，尤其是對工程不利方面的滲透特性認識有待進一步加深，以便在最節約的前提下采取相應的工程措施，使工程建設更加安全。

　　粗粒類土的滲透系數是表征土體被水透過的能力的滲透特性參數，它的大小與土體中孔隙的大小、多少以及連通情況等有關。而孔隙的構成情況主要受土的顆粒級配、結構、組成情況及土的密實度所決定。

　　目前國內外對滲透系數的選用主要是通過試驗獲取。試驗方法所取得的參數相對準確可靠，但需要花費大量的人力物力和財力。而且，并非所有的工程項目都具備試驗條件，有時需要依據經驗選取。這種情況下在試驗基礎上建立起來的經驗計算公式就顯得尤為重要。

　　1.研究現狀

　　對粗粒類土滲透系數的研究，西方國家處于領先地位，我國學者研究得相對較晚。

　　法國工程師達西(H.Darcy)于1856年通過對飽和粗砂的滲透試驗研究得出：水流在土體中的滲流速度與水力坡降成正比，即著名的達西定律。

　　達西定律問世以后，滲透系數 成為眾多學者的重要研究對象，期望建立滲透系數模型公式，供工程設計和建設時直接計算使用，以減少試驗測定工作這項重復勞動。研究工作者從粗粒類土的滲透系數與土的孔隙比和特征粒徑可能存在一定函數關系方面著手，得出一些經驗、半理論半經驗公式。

　　國內外的主要經驗、半理論半經驗公式有：

　　以上各式中 為孔隙比; 為孔隙率; 為有效孔隙率; 為累計含量占土總量 % 對應的顆粒直徑(mm); 為等效粒徑(mm); 為經驗指數; 為孔隙的平均直徑(mm); 、 、 分別為20℃、18℃、10℃時土的滲透系數(cm/s); g為重力加速度(cm/s2); 為試驗溫度時水的動力粘滯系數; 為與土性有關的系數，對于公式(2)取1.00(對于0.1mm≤ ≤3mm，不均勻系數小于5的中粗砂，其變化范圍在0.41～1.46之間)，對于公式(4)取1.35～3.50。

　　2.現狀分析

　　在工作中通過對粗粒類土滲透系數的實際測定值與現有半經驗半理論公式計算值的比較發現，各公式計算值與實測值之間大多存在較大的差距。因此，選用現有的這些半經驗半理論公式時應注意其各自特定的適用范圍。比如，哈增公式只適用于不均勻系數小于5，粒徑分布范圍在0.1mm≤ ≤3mm的中粗砂土，至于不均勻系數大于5的砂土，用 求得的滲透系數比試驗值偏小，而且誤差隨不均勻系數的增大而變急劇增加;扎烏葉列布公式可用于級配連續的不均勻土，但對細料含量在15%～25%之間，而有缺乏中間粒徑的砂礫石卻不適宜，算得的滲透系數比試驗數據小得多，有時可差百倍;太沙基公式只適用于不均勻系數小于5的砂土;B.C.伊斯托明娜公式適用范圍為孔隙的平均直徑0.1～3.0mm、粒徑分布范圍在0.1mm≤ ≤50mm，不均勻系數小于40的粗粒類土;劉杰公式適用不均勻系數Cu小于28的粗粒類土(當Cu>28時則誤差較大);程春龍公式是在長江江蘇段密實粉細砂滲透試驗基礎上建立的，適用于沖積形成的粉細砂。 　　粗粒類土主要由大于0.075mm的大小、形態各異的顆粒組成，具有分散性較大的特點，其滲透系數受多方面因素影響，其中顆粒級配是影響滲透系數的重要因素。因為，在某種粒徑一定的條件下，粗粒類土的級配并不固定，存在著極大的自由度，即固定一個點可畫出若干條級配曲線，由于每條級配曲線中土的顆粒組成不同，可能粒徑相差極大，從而土體的孔隙大小相差較大，在孔隙比相同的條件下，顆粒越粗其形成的孔隙越大，連通性越好，滲徑越短，滲透系數會相應變大。現有的經驗、半經驗半理論公式中均只有某一個特征粒徑，而沒有與級配特征有關的其它參數，故在某些條件下各公式的計算值誤差較大是必然的。我國《水利水電工程地質勘察規范GB 50287-99》推薦的公式 雖然含不均勻系數Cu，但計算誤差也較大。

　　粗粒類土的級配特征一般用不均勻系數Cu和曲率系數Cc描述，而不均勻系數Cu和曲率系數Cc又是通過級配特征粒徑(限制粒徑 、中間粒徑 、有效粒徑 )確定的。因此，粗粒類土的滲透系數與其級配特征的關系，實質上就是滲透系數與其級配特征粒徑的關系。

　　3.試驗研究

　　近半個世紀以來，我國諸多學者對粗粒類土的滲透系數 進行了大量的試驗研究工作。

　　2003年，邱賢德等取重慶涪陵城區長江、烏江沿岸堆石體(防護工程)進行了人工配制的不同級配土料(最大粒徑60mm)的滲透試驗，其主要特征粒徑及滲透系數 見表1。

　　2005年，朱崇輝等取渭河粗粒土進行了人工配制的不同級配土料(最大粒徑40mm，制樣干重度為18.7kN/m3)的滲透試驗，其主要特征粒徑及滲透系數 見表2。

　　2005年，崔榮方等對江蘇長江河道的粒徑0～20mm的土顆粒按不同比例配制成不同級配的試樣，用70型滲透儀進行了室內滲透試驗(水溫17.5～21.5℃)，其主要特征粒徑、孔隙率 及滲透系數 見表3。

　　2006年，王萬杰等用現場豎管法(豎管內徑110mm)在黃河花園口段河道進行沉積物的滲透系數測定，并從豎管中取樣進行了顆粒分析，其主要特征粒徑及滲系數 見表4。

　　2008年，鄧海忠等人用現場豎管法(豎管直徑130mm)在撫河中游徐家河床進行沖積砂礫類土的滲透系數測定，并取試驗段的全部砂礫類土進行了顆粒分析，其主要特征粒徑及滲透系數 見表5。

　　2011年，程春龍等取長江江蘇段由采砂船從江心吹至岸邊的沉淀物(粉土質砂、含細粒土砂、細砂)，在河海大學水文水資源與水利工程科學國家重點實驗室進行了室內顆粒分析試驗和滲透試驗，其主要特征粒徑及滲透系數 見表6。

　　4.規律分析

　　筆者根據前述試驗研究資料，以滲透系數 為因變量，以級配特征粒徑 、 、 的組合 為自變量進行回歸分析發現，現場豎管法滲透試驗和室內滲透儀法滲透試驗所測得的滲透系數 與 之間呈線性正相關(圖1)，其相關系數r=0.936。

　　圖1是粗粒類土的 與 的線性回歸模型效果，從該圖中可以看出，現場豎管法測試成果比室內滲透儀法測試成果的離散性小，據測試成果擬合的回歸方程為：

　　(12)

　　式中： 為滲透系數(m/d); 為有效粒徑(mm); 為限制粒徑(mm); 為中間粒徑(mm)。

　　從式(12)可以看出，當 一定時，滲透系數 隨 的增大而增大;當 一定時，滲透系數 隨 的增大

　　而減小。該公式揭示了粗粒類土的級配特征粒徑對滲透系數的影響規律。

　　經驗算，式(12)適用于各種粗粒類土，其計算值與試驗實測值較接近，當 >0.25時二者的比值在0.506～2.324之間，當0.25≥ >0.075時二者的比值在0.399～2.600之間，當 ≤0.075時二者的比值在1.633～7.162之間;式(12)與已有的其它經驗、半經驗半理論公式比較，適用范圍更廣，計算精度高。

　　5.結論

　　公式(12)是根據諸多粗粒土滲透試驗資料得出的經驗公式，當 >0.075時其計算值與實測值的相對誤差一般在2倍以內，最大相對誤差為2.60倍;當 ≤0.075時該式的計算值偏大，其最大相對誤差達7.16倍。

　　公式(12)不僅確定粗粒土滲透系數的精準度高，還揭示了粗粒類土的級配特征粒徑對滲透系數的影響規律。

　　參考文獻

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