董 輝,任佳展,程子華,徐 平,蔣秀姿

(湘潭大學(xué) 土木工程學(xué)院, 湖南 湘潭 411105)

0 引 言

自然地表常見(jiàn)的堆沉積土石混合體,由于組成物質(zhì)和賦存環(huán)境的復(fù)雜性,其滲流失穩(wěn)機(jī)理引起了眾多關(guān)注。大部分研究認(rèn)為在滲流過(guò)程中細(xì)粒的侵蝕遷移導(dǎo)致了土體滲流場(chǎng)的改變,導(dǎo)致土體失穩(wěn)。Wan等[1]通過(guò)研究認(rèn)為間斷級(jí)配土、寬級(jí)配土或礫石含量超過(guò)60%中比較容易出現(xiàn)這種滲流侵蝕的現(xiàn)象。Cui等[2]通過(guò)人工降雨試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)汶川地震后形成的松散滑坡堆積體在滲流作用下容易發(fā)生內(nèi)部侵蝕,進(jìn)而誘發(fā)頻繁的滑坡和泥石流。在降雨入滲的條件下,Zhang等[3]發(fā)現(xiàn)粗粒土中的細(xì)粒會(huì)由于孔隙流體的作用從土體結(jié)構(gòu)中分離,并且在由粗顆粒構(gòu)成的基體的孔隙中從坡頂運(yùn)移到坡腳。周小軍等[4]進(jìn)行水槽試驗(yàn),認(rèn)為水力環(huán)境是細(xì)顆粒發(fā)生運(yùn)移的主要控制因素,入滲過(guò)程的時(shí)長(zhǎng)與強(qiáng)度都對(duì)細(xì)顆粒起動(dòng)具有決定性影響。姚志雄等[5]進(jìn)行垂直滲透砂土管涌試驗(yàn),使用顯微設(shè)備觀察試樣中細(xì)顆粒運(yùn)動(dòng)狀態(tài),研究不同顆粒級(jí)配對(duì)試樣內(nèi)部穩(wěn)定性及滲流特征的影響,發(fā)現(xiàn)土體的內(nèi)部穩(wěn)定性與級(jí)配曲線形狀與級(jí)配不均勻系數(shù)有關(guān)。

土體中細(xì)粒的穩(wěn)定程度是土體滲流失穩(wěn)是否發(fā)生的重要判定條件。目前,有多種方法通過(guò)材料的幾何與組構(gòu)特征土體內(nèi)部穩(wěn)定性進(jìn)行判斷評(píng)價(jià),通過(guò)不同的控制變量對(duì)介質(zhì)內(nèi)部穩(wěn)定性進(jìn)行分析。這些方法中,一部分只考慮介質(zhì)本身單因素對(duì)內(nèi)部穩(wěn)定性的影響,如Istonima準(zhǔn)則[6]、Kezdi法[7]和Kenney&Lau法[8]等。一部分考慮介質(zhì)本身多個(gè)因素影響,如Burenkova法[9]與Wan&Well法[1];此外,還有Andrianatrehina法[10]通過(guò)試驗(yàn)前后參數(shù)變化內(nèi)部穩(wěn)定性進(jìn)行分類(lèi)。然而大量的滲透侵蝕試驗(yàn)未準(zhǔn)確地給出判定內(nèi)部穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)[11-14]。研究受限于試驗(yàn)中的易獲取的參數(shù)指標(biāo),對(duì)內(nèi)部穩(wěn)定的判斷多是通過(guò)試驗(yàn)后分區(qū)域篩分確定細(xì)顆粒遷移量或是通過(guò)細(xì)顆粒流失量進(jìn)行間接判斷;可視化方法受土體本身的不透明特點(diǎn)影響,僅限于對(duì)表觀顆粒運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象的觀察。

本文通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)石英砂(熔融石英砂)配制不同參數(shù)透明寬級(jí)配砂礫土,利用圓柱入滲試驗(yàn)裝置進(jìn)行可觀察內(nèi)部細(xì)粒遷移特征的漸進(jìn)水力梯度入滲試驗(yàn),采集滲流速度、質(zhì)量侵蝕率等參數(shù),研究侵蝕率對(duì)各因素的敏感性差異,并通過(guò)觀察到的細(xì)粒遷移特征結(jié)合宏觀參數(shù)變化特征對(duì)試樣進(jìn)行內(nèi)部穩(wěn)定分析,對(duì)已有內(nèi)部穩(wěn)定性準(zhǔn)則判斷結(jié)果進(jìn)行比選后結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行修正。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與試樣裝置

1.1.1 試驗(yàn)材料

為了便于直接觀察滲流過(guò)程中細(xì)粒遷移發(fā)生的沉積堵塞等特征。采用標(biāo)準(zhǔn)石英砂配置砂礫土,基本物理參數(shù)如表1,將粒徑<0.25 mm的顆粒作為細(xì)粒分類(lèi),并進(jìn)行染色處理以加強(qiáng)對(duì)比效果(見(jiàn)圖1)。

表1 標(biāo)準(zhǔn)石英砂參數(shù)

級(jí)配不均勻系數(shù)是判斷土體滲透變形類(lèi)型的重要指標(biāo)之一,部分規(guī)范中[15]認(rèn)為不均勻系數(shù)Cu≤5時(shí),土樣產(chǎn)生的滲透變形形式是流土。屈智炯[16]總結(jié)認(rèn)為土樣滲透變形模式在Cu≤10時(shí)為流土;5

1.1.2 試驗(yàn)裝置

采用自行設(shè)計(jì)的圓柱入滲試驗(yàn)裝置,模擬不同水力梯度下垂向滲流侵蝕作用。該裝置主要由指定梯度供水裝置、試樣侵蝕容器、侵蝕顆粒及滲水收集裝置、視圖采集設(shè)備四部分組成(圖3)。

圖3 試驗(yàn)裝置示意圖

指定梯度供水裝置由水箱和溢流管組成,通過(guò)改變溢流管口高低控制水頭大小。在此裝置中,在篩網(wǎng)頂部設(shè)置2 mm的粗砂礫作為緩沖墊層。試樣侵蝕容器由透明亞克力板材制作,其尺寸為內(nèi)徑10 cm、高度25 cm的圓柱。在保證必要?jiǎng)偠鹊耐瑫r(shí)具有良好的視覺(jué)效果,可以通過(guò)攝像設(shè)備觀察到內(nèi)部顆粒狀態(tài)。侵蝕顆粒及滲水收集裝置由塑料桶和量杯組成,經(jīng)沉淀后細(xì)顆粒沉積于杯底,出滲水流入大桶收集。

視圖采集設(shè)備分試樣整體圖像與顯微圖像。整體圖像采集使用常規(guī)CMOS數(shù)碼攝像頭,參數(shù)值:500萬(wàn)像素;最大幀率30幀/s。顯微圖像采用USB顯微相機(jī)進(jìn)行采集,最大放大倍數(shù)500倍;最高采集頻率為25幀/s。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及流程

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本文采用響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法,分析試驗(yàn)因素與質(zhì)量侵蝕率(細(xì)顆粒流失量占總顆粒質(zhì)量的百分比)的相關(guān)性,選取級(jí)配不均勻性系數(shù)(Cu=2.95、14.78、20.47)、孔隙率(n=0.30、0.35、0.40)及水力梯度(i=0.2～2)作為影響因素,利用試驗(yàn)設(shè)計(jì)軟件Design-Expert得到試驗(yàn)工況組見(jiàn)表2。

表2 試樣侵蝕試驗(yàn)工況設(shè)計(jì)

1.2.2 試驗(yàn)流程

①按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行制樣,分五層進(jìn)行擊實(shí),使試樣達(dá)到設(shè)計(jì)的干密度;②布置上中下3個(gè)顯微觀察點(diǎn),位置分別為4、12.5、21 cm處,間隔5 s一次采樣,以觀測(cè)內(nèi)部顆粒運(yùn)動(dòng)過(guò)程;③按實(shí)驗(yàn)計(jì)劃水頭,垂向入滲,對(duì)出水定時(shí)收集稱(chēng)重計(jì)量,流失顆粒逐級(jí)收集稱(chēng)量;④將沉淀池整體取出烘干,計(jì)量增加質(zhì)量。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 細(xì)粒遷移特征

根據(jù)顯微圖像(由于篇幅原因,僅僅展示T15組(Cu=20.47、n=0.35),見(jiàn)圖4),發(fā)現(xiàn)隨試樣參數(shù)的變化,內(nèi)部細(xì)粒活動(dòng)的活躍程度存在明顯差異。對(duì)各試驗(yàn)組內(nèi)部細(xì)粒運(yùn)動(dòng)狀態(tài)做出統(tǒng)計(jì)并分析不同試樣組按細(xì)粒活躍程度劃分為無(wú)顆粒運(yùn)動(dòng)、個(gè)別顆粒沿滲流通道運(yùn)動(dòng)(細(xì)分為原位振動(dòng)蕩、短距離遷移、脫離觀察范圍3種)及大范圍顆粒運(yùn)動(dòng)3種。對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)程度從大到小賦值為1～5,結(jié)果繪制于圖5。將試樣內(nèi)部細(xì)粒穩(wěn)定程度劃分為3個(gè)階段:穩(wěn)定段、過(guò)渡段、不穩(wěn)定段。其中處在穩(wěn)定段的試樣中細(xì)粒無(wú)明顯運(yùn)動(dòng)或在原位運(yùn)動(dòng),對(duì)試樣內(nèi)部孔隙大小形狀幾乎無(wú)影響;過(guò)渡段試樣中個(gè)別細(xì)粒發(fā)生短距離遷移改變,改變了試樣局部的孔隙形狀大小;而處在不穩(wěn)定段的試樣內(nèi)部細(xì)粒遷移發(fā)生大規(guī)模運(yùn)動(dòng)或長(zhǎng)距離遷移,導(dǎo)致試樣整體孔隙結(jié)構(gòu)改變。

圖4 T15組各觀測(cè)點(diǎn)示蹤細(xì)粒運(yùn)動(dòng)

圖5 細(xì)粒運(yùn)動(dòng)狀況統(tǒng)計(jì)

可見(jiàn)不同組試樣中細(xì)粒運(yùn)動(dòng)活躍程度,隨級(jí)配不均勻度及試樣孔隙率增加,內(nèi)部顆粒的不穩(wěn)定性逐漸增大。各項(xiàng)因素中單一指標(biāo)不具有明顯的主要控制作用,在各因素綜合作用下,試樣骨架顆粒間可能形成更大的孔隙,細(xì)粒與骨架結(jié)構(gòu)更加不穩(wěn)定易形成破壞。

2.2 流速變化特征

在各組試驗(yàn)中,對(duì)出水量進(jìn)行計(jì)量,計(jì)算出各試樣不同水力梯度下的出流速度(見(jiàn)圖6)。分析發(fā)現(xiàn),各組試樣中出流速度分布在0.092～0.365 cm/s之間;除T3、T11組之外,試樣在較小水頭入滲的初期階段都存在流速隨水頭增加而減小的滲透壓密現(xiàn)象,在水頭增加至某一特定值后,流量隨水頭增加而波動(dòng)變化。

圖6 流速-水力梯度關(guān)系

在梁越等[17]、陳亮等[18]、陳建生等[19]研究中也存在此類(lèi)滲流性波動(dòng)的現(xiàn)象,主要是由于內(nèi)部細(xì)粒發(fā)生遷移,導(dǎo)致局部孔隙分布變異,進(jìn)而影響到整體滲透性的波動(dòng)。在垂直入滲試驗(yàn)中,受重力與滲流方向的影響,細(xì)粒運(yùn)動(dòng)規(guī)律受重力與水力及孔喉形態(tài)特征控制,具有隨機(jī)性,但根據(jù)實(shí)際工程統(tǒng)計(jì),如果不發(fā)生較大規(guī)模的滲透變形,與試驗(yàn)條件相似的現(xiàn)場(chǎng)中[20-21],存在“滲透壓密”現(xiàn)象?？梢?jiàn),滲流突變點(diǎn)位置對(duì)其自濾過(guò)程中侵蝕-重排列-淤堵過(guò)程有重要影響,決定其內(nèi)部是否發(fā)生大規(guī)模滲流變形,最終導(dǎo)致土體整體變形破壞。

因此,線性擬合各組流速對(duì)應(yīng)水力梯度關(guān)系得到滲流突變點(diǎn)信息,見(jiàn)表3。分析發(fā)現(xiàn),對(duì)于B1級(jí)配(Cu=2.95)下,孔隙率為0.30與0.35的試驗(yàn)組,其滲流突變點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)的水力梯度為不存在或明顯小于其他組別,為0.380～0.612之間,而其他試驗(yàn)組滲流突變點(diǎn)處水力梯度在0.705～1.246之間。

表3 不同因素下滲流突變點(diǎn)統(tǒng)計(jì)

這表明級(jí)配不均勻系數(shù)越小,試樣密實(shí)度越高,滲流突變點(diǎn)出現(xiàn)越早,甚至不出現(xiàn)。滲流突變點(diǎn)的出現(xiàn)與試樣內(nèi)部的滲流變形能力相關(guān),當(dāng)不均勻性較大時(shí),內(nèi)部大顆粒形成骨架結(jié)構(gòu),有效孔隙及可動(dòng)顆?；顒?dòng)空間較大,流速發(fā)展變異性較大。對(duì)于B1級(jí)配(Cu=2.95),級(jí)配不均勻系數(shù)較小,粒間接觸相對(duì)緊密,當(dāng)密實(shí)度較大時(shí)內(nèi)部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,在水力作用下孔隙結(jié)構(gòu)變化較小,流速發(fā)展較為平穩(wěn),所以滲流突變點(diǎn)不明顯。

2.3 質(zhì)量侵蝕率變化及敏感性分析

質(zhì)量侵蝕率是土體內(nèi)部穩(wěn)定的重要判斷條件,試驗(yàn)中收集流失細(xì)顆粒并計(jì)算出質(zhì)量侵蝕率繪制于圖7。從圖7可見(jiàn),水力梯度在0.2～2.0時(shí),各組侵蝕率差異性相對(duì)較小,但整體隨不均勻系數(shù)及孔隙率的增加而增加。因此,對(duì)不同級(jí)配同孔隙率和同孔隙率不同級(jí)配試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。

圖7 質(zhì)量侵蝕率-水力梯度關(guān)系

從圖8可見(jiàn),對(duì)B1級(jí)配(Cu=2.95),孔隙率為0.30的T1組侵蝕率最小,孔隙率為0.35與0.40的T11和T7組侵蝕率差異不大,從側(cè)面反映了:在不均勻度系數(shù)較小級(jí)配介質(zhì)中密實(shí)度更高的內(nèi)部結(jié)構(gòu)更不易破壞,細(xì)粒不易受到侵蝕;隨孔隙率增大到某一臨界孔隙率時(shí),內(nèi)部顆粒流失就與孔隙率變化關(guān)聯(lián)性減小,與可流失細(xì)粒占總質(zhì)量比例關(guān)聯(lián)性增大。對(duì)B2級(jí)配(Cu=14.78),孔隙率為0.30的T6組侵蝕率最小,孔隙率為0.40的T13組侵蝕率相對(duì)發(fā)展更快,數(shù)值更大。從側(cè)面反映了:在不均勻度系數(shù)為14.78的試驗(yàn)組中密實(shí)度更高的試樣其內(nèi)部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性更強(qiáng),細(xì)粒不易受到侵蝕;隨孔隙率增大,質(zhì)量侵蝕發(fā)展越來(lái)越活躍,明顯高于孔隙率較小方案組。對(duì)于B3級(jí)配(Cu=20.47), T15與T16質(zhì)量侵蝕率比較接近,孔隙率為0.35的T15組前期侵蝕率較小,在水力梯度增長(zhǎng)到1.2后,超過(guò)孔隙率為0.30的T16組,但差別不大?？紫堵蕿?.40的T10組質(zhì)量侵蝕率相對(duì)發(fā)展更快且侵蝕率最大。

圖8 不同因素下質(zhì)量侵蝕率-水力梯度關(guān)系

對(duì)于孔隙率為0.30試驗(yàn)組,級(jí)配為B1(Cu=2.95)和B2(Cu=14.78)的T1與T5質(zhì)量侵蝕率比較接近。級(jí)配為B3(Cu=20.47)的T16組質(zhì)量侵蝕率相對(duì)發(fā)展更快且侵蝕率最大。對(duì)孔隙率為0.35試驗(yàn)組,級(jí)配為B1和B2的T11與T4質(zhì)量侵蝕率比較接近。級(jí)配為B3的T4組質(zhì)量侵蝕率相對(duì)發(fā)展更快且侵蝕率最大。對(duì)于孔隙率為0.40試驗(yàn)組,比對(duì)3種不同級(jí)配試樣的質(zhì)量侵蝕率,級(jí)配為B1和B2的T7與T9質(zhì)量侵蝕率比較接近。級(jí)配為B3的T10組質(zhì)量侵蝕率相對(duì)發(fā)展更快且侵蝕率最大。

由此推知,級(jí)配不均勻系數(shù)影響細(xì)粒流失的發(fā)展過(guò)程。不均勻度系數(shù)較小級(jí)配介質(zhì)中,孔隙率越小即密實(shí)度更高的,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)更不易破壞,細(xì)粒不易受到侵蝕;隨孔隙率增大,當(dāng)?shù)竭_(dá)臨界孔隙率時(shí),內(nèi)部顆粒流失就與孔隙率變化關(guān)聯(lián)性減小,與可流失細(xì)粒占總質(zhì)量比例關(guān)聯(lián)性增大。

通過(guò)Design-Expert軟件對(duì)試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行響應(yīng)面分析,得到各因素對(duì)侵蝕率的影響由大至小依次為:水力梯度、級(jí)配不均勻度、孔隙率。計(jì)算出理論上侵蝕率最大的組別:即在Cu=20.47、n=0.4的試樣在i=2.00下侵蝕率最大,為1.233%。

3 內(nèi)部穩(wěn)定性分析

3.1 判定準(zhǔn)則比選

目前,大部分方法通過(guò)材料的幾何與組構(gòu)特征對(duì)顆粒堆積體的內(nèi)部穩(wěn)定性進(jìn)行判斷評(píng)價(jià),通過(guò)不同的控制變量對(duì)介質(zhì)內(nèi)部穩(wěn)定性進(jìn)行分析。這些方法中,一部分只考慮介質(zhì)本身單因素對(duì)內(nèi)部穩(wěn)定性的影響,如Istonima準(zhǔn)則、Kezdi法等;一部分考慮介質(zhì)本身多個(gè)因素影響,如Burenkova法與Wan&Fell法;此外,還有Andrianatrehina法通過(guò)試驗(yàn)前后參數(shù)變化內(nèi)部穩(wěn)定性進(jìn)行分類(lèi)。將各判定準(zhǔn)則控制變量及判定指標(biāo)列于表4。

表4 土體內(nèi)部穩(wěn)定性判定準(zhǔn)則控制變量及指標(biāo)

根據(jù)細(xì)粒運(yùn)動(dòng)狀態(tài)結(jié)合滲流突變點(diǎn)位置,對(duì)各組試樣內(nèi)部穩(wěn)定性做出判定,并使用現(xiàn)有判定準(zhǔn)則對(duì)試驗(yàn)所用材料進(jìn)行判斷,判斷結(jié)果見(jiàn)圖9。

圖9 多種判定準(zhǔn)則判斷結(jié)果

各方法對(duì)內(nèi)部穩(wěn)定性判斷具有差異性,甚至?xí)o出截然相反的結(jié)果。如Burenkova法與Wan &Fell法。Burenkova法趨于保守,將所有組別都判為不穩(wěn)定;Wan &Fell法趨于激進(jìn),所有組別都判為穩(wěn)定。判定準(zhǔn)則判斷結(jié)果與實(shí)際出現(xiàn)偏差。如Kezdi準(zhǔn)則將Cu=2.95、n=14.78的組別都判為穩(wěn)定,然而實(shí)際試驗(yàn)中細(xì)粒出現(xiàn)遷移,Andrianatrehina方法僅僅將Cu=2.95、n=0.35的T3組判為不穩(wěn)定,而實(shí)際試驗(yàn)中,T3(Cu=2.95、n=0.35)組從顯微圖像上觀察無(wú)明顯顆粒運(yùn)動(dòng)。

綜合多種準(zhǔn)則判斷結(jié)果,Istonima準(zhǔn)則判斷結(jié)果相對(duì)準(zhǔn)確,各準(zhǔn)則產(chǎn)生判斷偏差是由于:

(1)判據(jù)不充分,只考慮一種主要因素進(jìn)行判斷,忽略了次要因素對(duì)內(nèi)部穩(wěn)定性的影響,造成判定準(zhǔn)則精確度下降。例如大部分判定準(zhǔn)則都是提取顆粒級(jí)配參數(shù)或直接根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行判斷,比如孔隙率對(duì)內(nèi)部滲流場(chǎng)影響較大,但在大部分判定準(zhǔn)則都考慮較少。

(2)多數(shù)判斷方法以直接或間接指標(biāo)對(duì)介質(zhì)進(jìn)行判斷,直接方法采用被侵蝕細(xì)顆粒的流出量進(jìn)行穩(wěn)定性判別;間接方法通過(guò)滲流特征的變化進(jìn)行判別。值得注意的是,內(nèi)部細(xì)粒在水力作用下產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)甚至長(zhǎng)距離遷移并不意味著一定能夠,內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜,孔喉內(nèi)徑較小孔隙迂曲度高的試樣可能會(huì)存在細(xì)粒的濾積效應(yīng),通過(guò)侵蝕量判斷存在偏差;滲流特征可間接反映土體內(nèi)部情況,但其與內(nèi)部穩(wěn)定關(guān)聯(lián)的量化指標(biāo)需要進(jìn)一步明晰。

3.2 Istonima判定準(zhǔn)則修正

通過(guò)對(duì)已有內(nèi)部穩(wěn)定性判定準(zhǔn)則進(jìn)行總結(jié)并將已有試驗(yàn)參數(shù)與結(jié)果帶入各準(zhǔn)則進(jìn)行比選認(rèn)為在考慮級(jí)配特征的同時(shí),需要引入考慮孔隙率對(duì)穩(wěn)定性進(jìn)行輔助判斷。分析發(fā)現(xiàn)僅引入孔隙率對(duì)準(zhǔn)則進(jìn)行修正時(shí),對(duì)內(nèi)部穩(wěn)定狀態(tài)的劃分指標(biāo)不夠明確,故引入最優(yōu)細(xì)粒含量(顆粒骨架內(nèi)部孔隙被填滿時(shí)細(xì)粒的含量)這一與孔隙率正相關(guān)的參數(shù)輔助判別。當(dāng)細(xì)粒顆粒含量P大于最優(yōu)細(xì)粒含量Pcp時(shí),細(xì)?？勺鳛楣羌艹惺芏逊e體滲透作用,超過(guò)臨界水力梯度后或產(chǎn)生整體性變形;反之,水流的滲透力則主要由粗顆粒組成的骨架承擔(dān),細(xì)粒沿孔隙滲流通道運(yùn)動(dòng)。

Pcp=(0.30+3n2-n)/(1-n) 。

(1)

式中Pcp為最優(yōu)細(xì)粒含量。

根據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(GB 50487—2008)推薦公式(式(1))計(jì)算不同孔隙率n下最優(yōu)細(xì)粒含量Pcp與試樣實(shí)際細(xì)粒含量P,見(jiàn)表5。

表5 不同級(jí)配與孔隙率下Pcp與P對(duì)比

需要說(shuō)明的是表5中最優(yōu)細(xì)粒含量Pcp部分超出了式(1)的應(yīng)用條件值。但是在對(duì)數(shù)據(jù)分析后發(fā)現(xiàn),除組合Cu=2.95、n=0.30細(xì)顆粒含量P大于最優(yōu)細(xì)粒含量Pcp外,其余各組均不同程度的小于Pcp。各組中Cu=20.47、n=0.40差值最大,該組內(nèi)部細(xì)粒活動(dòng)空間最大,內(nèi)部穩(wěn)定性最差,此類(lèi)現(xiàn)象在試驗(yàn)中也得到印證?？梢?jiàn),最優(yōu)細(xì)粒含量與實(shí)際細(xì)粒含量的差值絕對(duì)值∣ΔP∣與試樣內(nèi)部穩(wěn)定呈正相關(guān),表明通過(guò)式(1)將孔隙率換算為最優(yōu)細(xì)粒含量,利用∣ΔP∣對(duì)Istonima準(zhǔn)則修正可行,修正后結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 修正Istonima準(zhǔn)則

通過(guò)引入孔隙率與不均勻系數(shù)綜合判定土體內(nèi)部穩(wěn)定狀態(tài),較單一參數(shù)判別更為充分,進(jìn)一步實(shí)踐應(yīng)用將使之趨于完善。

4 結(jié) 論

(1)試驗(yàn)中細(xì)?；钴S程度隨不均勻系數(shù)和孔隙率的增加而增加?？蓜澐譃榉€(wěn)定、過(guò)渡和不穩(wěn)定3個(gè)階段。穩(wěn)定段的試樣中細(xì)粒無(wú)明顯運(yùn)動(dòng)或在原位運(yùn)動(dòng);過(guò)渡段試樣中個(gè)別細(xì)粒發(fā)生短距離遷移改變,不穩(wěn)定段的試樣內(nèi)部細(xì)粒遷移發(fā)生大規(guī)模運(yùn)動(dòng)或長(zhǎng)距離遷移。

(2)試驗(yàn)中流速發(fā)展過(guò)程存在明顯滲流突變點(diǎn)。該滲流突變點(diǎn)是滲流壓密—滲流侵蝕的轉(zhuǎn)化臨界點(diǎn),低于臨界梯度時(shí)試樣滲透壓密且滲流過(guò)程平穩(wěn),高于臨界梯度時(shí),內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞導(dǎo)致滲流與侵蝕過(guò)程波動(dòng)發(fā)展。不均勻系數(shù)、孔隙率等參數(shù)對(duì)試樣內(nèi)部細(xì)粒的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性呈正相關(guān)。通過(guò)對(duì)響應(yīng)面試驗(yàn)組進(jìn)行分析,質(zhì)量侵蝕率敏感性從大至小為水力梯度、級(jí)配不均勻度、孔隙率。

(3)各內(nèi)部穩(wěn)定性準(zhǔn)則中Istonima準(zhǔn)則判斷結(jié)果相對(duì)準(zhǔn)確,各準(zhǔn)則出現(xiàn)偏差的主要原因是判據(jù)不充分,且不能觀察到土體內(nèi)部細(xì)粒運(yùn)動(dòng)狀態(tài),通過(guò)間接指標(biāo)判定內(nèi)部穩(wěn)定性;通過(guò)引入孔隙率n對(duì)Istonima準(zhǔn)則進(jìn)行修正,能更準(zhǔn)確的判定試樣內(nèi)部穩(wěn)定狀態(tài)。