岩土力学 ›› 2021, Vol. 42 ›› Issue (6): 1540-1548.doi: 10.16285/j.rsm.2020.1279

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

黏质土石混合体渗透特性试验及演化机制探讨

鲁洋1, 2, 3,刘斯宏1, 3,张勇敢1,杨蒙1   

  1. 1. 河海大学 水利水电学院,江苏 南京 210098;2. 河海大学 岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室,江苏 南京 210098; 3. 河海大学 大坝长效特性及环保修复技术中西联合实验室,江苏 南京 210098
  • 收稿日期:2020-08-24 修回日期:2021-05-11 出版日期:2021-06-11 发布日期:2021-06-15
  • 通讯作者: 刘斯宏,男,1964年生,博士,教授,主要从事土石坝工程、土工袋技术及水工岩土等方面的研究。E-mail: sihongliu@hhu.edu.cn E-mail: luy@hhu.edu.cn
  • 作者简介:鲁洋,男,1991年生,博士,助理研究员,主要从事水工岩土工程和特殊岩土体力学方面的研究
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(No.U1765205,No.51979091);中国博士后科学基金(No.2021M690878);中国水利水电科学研究院水利部水工程建设与安全重点实验室开放研究基金(No.IWHR-ENGI-202006)。

Experimental study and mechanism analysis of permeability performance of clayey soil-rock mixtures

LU Yang1, 2, 3, LIU Si-hong1, 3, ZHANG Yong-gan1, YANG Meng1   

  1. 1. College of Water Conservancy and Hydropower Engineering, Hohai University, Nanjing, Jiangsu 210098, China; 2. Key Laboratory of Ministry of Education for Geomechanics and Embankment Engineering, Hohai University, Nanjing, Jiangsu 210098, China; 3. International Joint Laboratory of Long-term Behaviour & Environmentally Friendly Rehabilitation Technologies on Dams, Hohai University, Nanjing, Jiangsu 210098, China
  • Received:2020-08-24 Revised:2021-05-11 Online:2021-06-11 Published:2021-06-15
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China(U1765205, 51979091), China Postdoctoral Science Foundation(2021M690878) and the Open Research Fund of Key Laboratory of Construction and Safety of Water Engineering of the Ministry of Water Resources, China Institute of Water Resources and Hydropower Research(IWHR-ENGI-202006).

摘要: 为探究含黏土基质的土石混合体的渗透特性演化规律及其物理机制,分别对不同含石量的黏质土石混合体开展重型击实试验和三轴渗透试验。试验结果表明:对于0%~70%含石量的黏质土石混合体,击实曲线形态呈单峰状,与纯黏土类似;当含石量大于70%时,压实效果开始下降;随着含石量的增加,最优含水率持续降低,而最大干密度先增大后减小,在约70%含石量时达到最大值;当黏质土石混合体达到最优压实状态时,其中黏土基质部分的含水率不依赖于含石量而基本保持一致;含石量为0%~30%时,黏土基质达到较高的压实程度,孔隙比基本保持不变,随着含石量的进一步增加,黏土基质孔隙比逐渐增大,当含石量超过70%时,急剧增大。渗透系数随含石量的增加先减小后增大,并在30%含石量附近达到最小值。基于土石细观结构分布和黏土基质压实孔隙比演化规律,提出一个黏质土石混合体渗透路径概念模型,将不同含石量混合体试样的渗透路径划分为:低渗透性压实黏土路径、超低渗透性含砾石黏土路径、中渗透性土石结合面路径、高渗透性骨架空隙路径,较好地解释了黏质土石混合体渗透特性随含石量的演化机制。

关键词: 土石混合体, 黏土基质, 含石量, 压实, 三轴渗透, 细观结构

Abstract: In order to study the evolution law and physical mechanism of permeability performance of compacted clayey soil-rock mixtures, a series of dynamic compression tests and triaxial permeability tests were conducted. The compaction curves of soil-rock mixtures show obvious unimodal patterns similar to those of pure clayey soils when rock content CR < 70%. When CR > 70%, the compaction effect begins to decline. A peak for the maximum dry density of the mixtures can generally be achieved when the CR is around 70%. In addition, increasing CR will decrease the optimum water content of the soil mixtures, but this almost does not change the water content of clay matrix at the optimum compaction state. Clay matrix can be compacted to the densest state when CR < 30%, beyond which the clay matrix void ratio gradually increases. When CR > 70%, the clay matrix void ratio presents a sharp increase. The permeability shows constant or a slight decrease as the rock content increases from zero to about 30%. The lowest permeability can be achieved when CR is around 30%. Beyond this amount, the permeability coefficient increases rapidly with a further increase in rock content. Based on the soil-rock meso-structural distribution and clay matrix void ratio, a concept model for flow path in clayey soil-rock mixtures was proposed. The flow path in compacted soil-rock mixtures can be divided into four kinds: low permeability path in compacted clayey soil matrix, ultra-low permeability path in compacted clayey soil matrix with gravels, medium permeability path in soil-rock interfaces, high permeability path in skeleton voids of rock aggregates.

Key words: soil-rock mixtures, clay matrix, rock content, compaction, triaxial permeability, meso-structure

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[1] 潘振辉, 肖涛, 李萍, . 压实度与制样含水率对压实黄土微结 构及水力特性的影响[J]. 岩土力学, 2022, 43(S1): 357-366.
[2] 王海曼, 倪万魁, 刘魁, . 延安压实黄土土−水特征曲线的快速预测方法[J]. 岩土力学, 2022, 43(7): 1845-1853.
[3] 杨孝攀, 李江, 杨玉生, 齐吉琳, 李康达, . 典型工程筑坝砂砾料级配特征与压实特性研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(6): 1607-1616.
[4] 王泓博, 张勇, 庞义辉, 贾伟, . 废弃采空区裂隙带高度预测模型及应用[J]. 岩土力学, 2022, 43(4): 1073-1082.
[5] 王海曼, 倪万魁. 不同干密度压实黄土的饱和/非饱和渗透 系数预测模型[J]. 岩土力学, 2022, 43(3): 729-736.
[6] 邱金伟, 权全, 刘军, 童军, 胡波, . 考虑非等温环境下污染物在黏土中的运移解析模型[J]. 岩土力学, 2022, 43(2): 423-431.
[7] 周实际, 杜延军, 倪浩, 孙慧洋, 李江山, 杨玉玲, . 压实度对铁盐稳定化砷、锑污染土特性 的影响及机制研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(2): 432-442.
[8] 李燕, 李同录, 侯晓坤, 李华, 张杰, . 用孔隙分布曲线预测压实黄土非饱和渗透曲 线及其适用范围的探讨[J]. 岩土力学, 2021, 42(9): 2395-2404.
[9] 葛苗苗, 李宁, 盛岱超, 朱才辉, PINEDA Jubert, . 水力耦合作用下非饱和压实黄土 细观变形机制试验研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(9): 2437-2448.
[10] 刘丽, 吴羊, 李旭, 赵煜鑫, . 压实度对宽级配土水力特性的影响研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(9): 2545-2555.
[11] 朱晟, 卢知是, 刘纯, 王京, . 堆石体现场振动压实试验研究与应用[J]. 岩土力学, 2021, 42(9): 2569-2577.
[12] 徐华, 周廷宇, 王歆宇, 张杰, 张小波, 刘雨辰, . 川藏铁路红层改良路基填料压缩试验 与颗粒流模拟研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(8): 2259-2268.
[13] 任华平, 刘希重, 宣明敏, 叶新宇, 李强, 张升, . 循环荷载作用下击实粉土累积塑性变形研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(4): 1045-1055.
[14] 刘倩倩, 李舰, 蔡国庆, 李朋林, 李昕哲, . 全吸力范围的盐渍土持水特性的试验研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(3): 713-722.
[15] 郝延周, 王铁行, 程磊, 金鑫, . 考虑干湿循环影响的压实黄土结构性本构关系[J]. 岩土力学, 2021, 42(11): 2977-2986.
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[1] 魏 丽,柴寿喜,蔡宏洲,王晓燕,李 敏,石 茜. 麦秸秆加筋材料抗拉性能的实验研究[J]. , 2010, 31(1): 128 -132 .
[2] 黄庆享,张 沛,董爱菊. 浅埋煤层地表厚砂土层“拱梁”结构模型研究[J]. , 2009, 30(9): 2722 -2726 .
[3] 荆志东,刘俊新. 红层泥岩半刚性基床结构动态变形试验研究[J]. , 2010, 31(7): 2116 -2121 .
[4] 刘争宏,廖燕宏,张玉守. 罗安达砂物理力学性质初探[J]. , 2010, 31(S1): 121 -126 .
[5] 王登科,刘 建,尹光志,韦立德. 突出危险煤渗透性变化的影响因素探讨[J]. , 2010, 31(11): 3469 -3474 .
[6] 樊恒辉,高建恩,吴普特,娄宗科. 水泥基土壤固化剂固化土的物理化学作用[J]. , 2010, 31(12): 3741 -3745 .
[7] 张成平,张顶立,骆建军,王梦恕,吴介普. 地铁车站下穿既有线隧道施工中的远程监测系统[J]. , 2009, 30(6): 1861 -1866 .
[8] 王 军,曹 平,李江腾,刘业科. 降雨入渗对流变介质隧道边坡稳定性的分析[J]. , 2009, 30(7): 2158 -2162 .
[9] 张 渊,万志军,康建荣3,赵阳升. 温度、三轴应力条件下砂岩渗透率阶段特征分析[J]. , 2011, 32(3): 677 -683 .
[10] 张雪婵 ,龚晓南 ,尹序源 ,赵玉勃. 杭州庆春路过江隧道江南工作井监测分析[J]. , 2011, 32(S1): 488 -0494 .