范沛軍++陳靜++吳慶林

【摘 要】本文對(duì)裂隙粘土滲透特性，結(jié)合具體工程，探討如何在裂隙粘土中進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)水文地質(zhì)試驗(yàn)，并對(duì)比各類(lèi)試驗(yàn)方法，總結(jié)出在裂隙粘土中洛陽(yáng)鏟成孔常水頭注水試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)，并介紹了試驗(yàn)過(guò)程及步驟。

【關(guān)鍵詞】 裂隙粘土；滲透特性；注水試驗(yàn)；洛陽(yáng)鏟

Experiment research and application of splitting glues of soil permeating measurement

Fan Pei-jun，Chen Jing，Wu Qing-lin

（Yellow river survey and design institute research of Shandong Jinan Shandong 250011）

【Abstract】The article introduced glue soil to permeate characteristic towards splitting， combining concrete engineering， study how in the middle of splitting to glue soil carry on the spot hydrology a geology to experiment， and contrast each kind of experiment method， tally up Luoyang spade in the middle of splitting to glue soil become bore water head advantage which note water to experiment often， and on trial process and step.

【Key words】Crack glue soil；Permeating characteristic；Noting water experiments；Luoyang spade

在河流沖積作用下，大量泥沙攜帶入洪水中，洪水退卻后，在靜水環(huán)境中，粘粒沉積下來(lái)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，粘土中水分蒸發(fā)，土體開(kāi)始變干，龜裂伴隨發(fā)育，最終形成裂隙，裂隙呈網(wǎng)格狀在粘土中三維空間展布，這種特殊結(jié)構(gòu)決定了其物理力學(xué)特性與一般粘性土有較大區(qū)別，其滲透性表現(xiàn)為較強(qiáng)或極強(qiáng)，在水利工程及堤防工程中作為不良地質(zhì)體，應(yīng)進(jìn)行處理。

1. 工程實(shí)例分析

（1）山東省城某水庫(kù)，地層主要為內(nèi)陸河與黃河沉積層，在水庫(kù)沉沙池鉆探過(guò)程中發(fā)現(xiàn)有裂隙粘土分布，地勘報(bào)告也有所描述，但未進(jìn)行進(jìn)一步的查明，其滲透性也未進(jìn)行進(jìn)一步評(píng)價(jià)。沉沙池蓄水后，在裂隙分布區(qū)域，圍壩背河一側(cè)地面形成一片汪洋，壩基裂隙性粘土滲水非常嚴(yán)重。庫(kù)區(qū)也出現(xiàn)相同的情況，由于截滲墻沒(méi)有把裂隙粘土層有效截?cái)?，水?kù)蓄水后，滲水滲流量非常大，直接影響水庫(kù)的運(yùn)行效果，增加了水庫(kù)的運(yùn)行成本。

（2）工程實(shí)例告訴我們，在平原地區(qū)進(jìn)行水庫(kù)工程建設(shè)，裂隙性粘土作為不良地質(zhì)體，其隱蔽性較強(qiáng)，分布情況不像古河道、軟弱土層那么容易查明，但對(duì)工程影響卻十分重要，應(yīng)引起足夠的重視。

2. 影響裂隙性粘土滲透的主要因素

（1）裂隙粘土的滲透系數(shù)跟以下因素有關(guān)：裂隙的發(fā)育程度、裂隙的張開(kāi)度、裂隙的填充情況、裂隙所處的環(huán)境。

（2）如果裂隙發(fā)育，張開(kāi)度大，無(wú)充填物，所處環(huán)境在地下水以上，比較干燥，那么這種裂隙連通性就很好，其透水性極強(qiáng)，滲透系數(shù)大。

（3）當(dāng)裂隙性粘土中的裂隙被下一次洪水中的土顆粒填充，其滲透性主要取決于填充土顆粒的大小，如果是砂性土，滲透性就較強(qiáng)；如果是粘性土，透水性就很弱，該層可以作為較好的天然隔水層。

（4）由于粘性土中的裂隙具有遇水收縮，失水膨脹的特點(diǎn)，所以，一般在地下水位以下的裂隙較地下水位以上的張開(kāi)度要小，滲透性弱。還有，埋藏深的要比埋藏淺的要小。當(dāng)然，也不盡然，還跟其他一些因素有關(guān)。

3. 裂隙粘土水文地質(zhì)試驗(yàn)

確定地下水位以下的裂隙粘土的滲透性有抽水試驗(yàn)和示蹤劑等方法，而且試驗(yàn)方法已比較成熟。地下水位以上的裂隙粘土，如何有效來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)，現(xiàn)行規(guī)范中未作特別說(shuō)明，在實(shí)際操作過(guò)程中如果按常規(guī)試驗(yàn)方法，那么難度就比較大，甚至試驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)偏差。

在進(jìn)行臨盤(pán)水庫(kù)裂隙粘土滲透性試驗(yàn)時(shí)，我們首先采用擬定好的探坑坑底及雙環(huán)滲水試驗(yàn)方法，但發(fā)現(xiàn)該方法適合于土質(zhì)比較均勻的干燥土層，對(duì)于地下水位較高，土質(zhì)不均勻，層理發(fā)育的裂隙粘土，此方法不適合。即便上述方法適合，由于地層層理發(fā)育，土質(zhì)不均勻，要想獲得整個(gè)裂隙性粘土的滲透性成果，需要在不同深度、不同點(diǎn)作大量的試驗(yàn)。研究人員建議采用鉆孔常水頭注水試驗(yàn)，但是如何成孔是關(guān)鍵，如果采用常規(guī)鉆機(jī)成孔，在成孔過(guò)程中很容易把裂隙結(jié)構(gòu)破壞，裂隙被填埋，嚴(yán)重影響試驗(yàn)結(jié)果。因此，改用洛陽(yáng)鏟成孔，洛陽(yáng)鏟成孔的優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)裂隙結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)最小，很容易控制孔深及孔經(jīng)，從整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程來(lái)看，試驗(yàn)是成功的，試驗(yàn)結(jié)果是合理的。

3.1 基本原理。

按照達(dá)西定律原理，在常水頭作用下，通過(guò)控制注水量（Q）跟水位降深（s），并保持穩(wěn)定，從而測(cè)算出地層的滲透系數(shù)（k）。

根據(jù)水工建筑部門(mén)的經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)l/r>4時(shí)，按下式計(jì)算滲透系數(shù)k。

式中： L──試驗(yàn)段或過(guò)濾器長(zhǎng)度（m）；

Q──穩(wěn)定注水量（m3/d）；

s──孔中水頭高度（m）；

r──鉆孔或過(guò)濾器半徑（m）。

3.2 濾管及濾料的選擇。

PVC管具有強(qiáng)度較高，加工方便，型號(hào)多樣的特點(diǎn)，所以濾管選用PVC管加工的濾管。

濾料的選擇非常重要，因?yàn)榱严墩惩僚c一般土層的滲水機(jī)理不同，裂隙粘土的透水通道主要是裂隙，而一般土層是在土體顆粒間或細(xì)微的構(gòu)造結(jié)構(gòu)間滲水。如果選擇的濾料的細(xì)顆粒含量過(guò)高或?yàn)V料過(guò)細(xì)就會(huì)阻塞裂隙，造成透水不暢，影響試驗(yàn)結(jié)果，所以，濾

料應(yīng)選擇粒徑級(jí)配較為單一的粗沙或級(jí)配差的砂礫，具體選擇濾料時(shí)還應(yīng)結(jié)合鉆探資料對(duì)裂隙的描述。本次試驗(yàn)選擇了cu<5，d50=5mm的礫砂。

3.3 試驗(yàn)步驟。

試驗(yàn)過(guò)程中還需要水桶、秒表、水表、直尺等工具。主要步驟如下：

①洛陽(yáng)鏟成孔，使所成鉆孔孔徑自上而下保持一致，鉆口形狀為圓形，孔徑大小根據(jù)所選濾管的直徑有關(guān)。

②把加工好的濾管底放到合適位置，然后，在鉆孔與濾管之間填滿濾料，并輕微敲打?yàn)V管，使濾料進(jìn)一步密實(shí)。

③打開(kāi)水表，向?yàn)V管內(nèi)注水，等濾管內(nèi)的水頭上升到合理位置，開(kāi)始測(cè)量水頭高度，記錄水表讀數(shù)。開(kāi)始5次流量觀測(cè)間隔為5min，以后每間隔20min觀測(cè)一次。

④注水量跟水頭穩(wěn)定后，控制穩(wěn)定后的延續(xù)時(shí)間為8～24小時(shí)。穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)：穩(wěn)定時(shí)間段內(nèi)，在注水量波動(dòng)值不超過(guò)正常值的5%，水位波動(dòng)值不超過(guò)水位抬升值的1%。

⑤試驗(yàn)結(jié)束。

4. 結(jié)論

在裂隙粘土中，洛陽(yáng)鏟成孔常水頭注水試驗(yàn)方法與其它實(shí)驗(yàn)方法比較具有如下優(yōu)點(diǎn)：

①簡(jiǎn)便、易于操作，成功率高；

②試驗(yàn)成果更具代表性，更合理可靠；

③減少了工作量，提高了工效，節(jié)約了成本；

④解決了裂隙粘土成孔質(zhì)量這一關(guān)鍵技術(shù)性問(wèn)題。

在裂隙粘土中利用洛陽(yáng)鏟成孔常水頭注水試驗(yàn)，合理解決了以往工程中對(duì)裂隙粘土的滲透性難以進(jìn)行試驗(yàn)及評(píng)價(jià)的這一技術(shù)難題，并可推廣運(yùn)用于其他工程項(xiàng)目。endprint