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陈勇，沈长云，王力，王世梅
摘要
渗流潜蚀导致粉砂孔隙比与细粒含量同时变化，进而影响土体持水性能及非饱和渗流场。采集不同潜蚀程度的四个土样，并根据其孔隙比或颗粒级配制备四个对照土样，针对八个土样分别开展包含脱吸湿阶段的土水特征曲线试验，揭示孔隙比与细粒含量对砂土持水性能的影响规律，并建立相应的预测模型。研究结果表明：随着潜蚀程度增加，细颗粒含量从35%减少至22%引发孔隙比增大近60%，二者共同作用导致粉砂在50 kPa以下低吸力阶段的持水性能明显弱化，干湿循环中的滞回度增大，且两个因素中孔隙比增大对持水性能的影响程度明显大于细粒含量减小的作用效果；结合颗粒流失总量和渗流体应变，推导潜蚀过程中孔隙比的动态变化规律，建立的土水特征曲线预测模型包含孔隙比和细粒含量两个变量，能够反映不同渗流潜蚀程度对砂土持水性能的影响。
论文部分插图
图 1 渗流潜蚀实验示意图
图3 八个土样的对比关系
图 6 土样1#~4#的土水特征曲线
图 8 土样1#、7#、8#的体积含水率变化曲线
图 9 土样1#、3#、4#干湿循环中的体积含水率滞回曲线
图 12 假定条件下拟合的土水特征曲线
图 13 参数敏感性对比
结论
鉴于渗流潜蚀会改变土体孔隙比和颗粒级配，进而影响潜蚀后土体的持水性能，采集了不同潜蚀程度的四组土样并制备了四组对照试样，分别开展脱吸湿循环的土水特征曲线试验，对比分析各因素的影响规律并建立相应的土水特征曲线预测模型。主要结论如下：
(1)渗流潜蚀造成砂土孔隙比增大及细粒含量减少的同时发生，并导致其饱和体积含水率显著增大、进气值明显减小、减湿速率及干湿循环滞回度增大，但残余段含水率与基质吸力几乎不变，潜蚀对砂土持水性能的弱化主要发生在低吸力阶段。
(2)孔隙比增大及细粒含量减少的共同作用对粉砂持水性能弱化的影响要大于单因素变化，且孔隙比增大对持水性能的影响程度明显大于细粒 含量减小的作用效果。
(3)分析渗流潜蚀对砂土孔隙比的影响时，除了考虑颗粒流失造成的孔隙含量增多，还必须考虑土体颗粒重排后的体积变形导致孔隙体积的减少。
(4)砂土也存在一定的失水收缩和吸水膨胀现象，但经历干湿循环过程后的总体变不明显。
(5)建立脱湿阶段的土水特征曲线预测模型，能考虑孔隙比及细粒含量变化的影响，可预测渗流潜蚀程度对土体持水性能的影响，且拟合效果良好，有效提高了潜蚀后土体再次经历干湿作用时的非饱和土渗流分析精度。
本研究主要分析了渗流潜蚀对粉砂持水性能的影响规律，并建立了考虑孔隙比和细粒含量变化的土水特征曲线预测模型。但室内潜蚀实验的土样均匀性及水力梯度稳定性会与现实情况有所不同，因此，对非稳定渗流潜蚀后非均匀土样的微观结构变化和持水性能演化规律，尚有待进一步研究
引用格式
陈勇, 沈长云, 王力, 王世梅. 渗流潜蚀对粉砂持水性能影响的试验及预测[J]. 工程力学. DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2023.11.0832
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