泥石流宽级配砾石土结构特征实验研究

泥石流堆积物是一种宽级配砾石土,深入研究其结构特征和渗透特性,具有重要的理论和实践意义。根据粗细颗粒的含量,提出了接触式堆积、紧密堆积和基底式堆积3种结构类型,并通过实验进行验证和分析,分析表明,细粒含量是决定宽级配土结构的关键。击实实验显示,土中细颗粒含量达到16.52%时,干密度最大;渗透实验也表明,此时其渗透性接近细粒土的渗透性;数值模拟表明,细颗粒含量达到22.23%时,孔隙率最小。理论分析和实验研究认为,宽级配砾石土中紧密堆积结构的细颗粒含量上限应为20%,超过此含量,粗颗粒的骨架作用会被减弱,强度降低。

云南东川蒋家沟宽级配砾石土原位渗透试验初步研究

土体的渗透试验是研究滑坡转化泥石流起动过程和机理的重要研究手段。选择泥石流典型流域——云南东川蒋家沟的泥石流源地土体和堆积土体进行原位土体渗透试验。由于宽级配砾石土的与众不同的特征，表现出特殊的渗透特性。通过试验发现：1．泥石流源地土体的渗透特性的原位渗透系数依次由大到小顺序为林地→耕地→灌丛→荒地→滑坡前缘；2．有表层的堆积土体的渗透性比去除了表土层的渗透性小得多；3．堆积土体的侧渗性很大。结合蒋家沟径流与人工降雨实验，发现在宽级配砾石土体中渗流出的浑水中有许多细颗粒土体，可以认为宽级配砾石土体的渗流不同于一般的渗透，其伴随有细颗粒土体的运移，随时间发展土体渗透性在空间上和时间上都在不断变化。

宽级配砾石土的应力路径试验及其本构模型验证

介绍了宽级配砾石土的几种应力路径试验结果，分析了该土料的变形特征，讨论了目前土的本构模型理论．邓肯非线性模型和修正椭圆抛物双屈服面模型模拟应力路径转折的计算结果表明，它们可用于宽级配砾石土的应力变形计算．

宽级配砾石土中降雨入渗的优先流模型

宽级配砾石土的级配较宽,孔隙尺度跨越几个数量级,降雨入渗易形成空间上的不均匀入渗,即优先流入渗。基于孔隙结构的分形特征,定量研究降雨在宽级配砾石土中的入渗规律。根据多孔介质分形理论及HagenPoiseulle方程,水在不同尺度的孔隙管道内入渗率的量级不同,将土体的孔隙部分划分为2个区域—基质区和优先流区,这2个区域所占的比例随雨强的变化而变化。基质区内各孔隙管道的入渗率均达到其最大的入渗率,但各不相同,孔隙管道的直径量级小,入渗率量级小,优先流区各孔隙管道的入渗率相同且均未达到其最大入渗率,孔隙管道直径量级大,入渗率的量级远大于基质区,据此特征从理论上推导了降雨在土体不同孔隙区域内的入渗量和入渗率的表达式;基于此研究了基质区和优先流区的面积在孔隙中所占比例随雨强的变化特征及相应入渗量和入渗率的变化特征。结果表明:降雨在土体中的入渗呈现出优先流区高速入渗,基质区入渗相对缓慢的特点;随着雨强的增大,优先流区域的入渗率也随之增大。降雨入渗优先流现象产生的根本原因是土体多尺度的孔隙结构和无压力的自由入渗边界2个因素,其大小和分布受到土的饱和渗透系数和降雨强度的影响。从孔隙结构的角度解释了降雨入渗优先流的产生机制。

宽级配砾石土缩尺强度特性试验研究

宽级配砾石土广泛分布于泥石流易发区,其强度特性是正确评价泥石流启动和防治设计的关键性问题。为探讨宽级配砾石土强度参数与最大颗粒粒径和颗粒级配的关系,针对3种不同颗粒级配缩尺处理后最大粒径分别为30mm、20mm、10mm和5mm的宽级配砾石土进行三轴固结不排水强度试验。结果表明,宽级配砾石土具有液化特性,试验曲线表现为应变软化、应变硬化和应变软化-硬化3种形态;对于出现液化的土体,有效内摩擦角随着最大粒径的增大而线性增大;有效内摩擦角随着不均匀系数的增大而增大,两者呈二次函数关系;随着特征粒径的增大呈分段线性增大。研究结果为泥石流启动预测和防治工程设计的参数选取提供一定参考支持。

利用瞬态剖面法测定宽级配砾石土水力参数试验研究

土—水特征曲线和渗透函数是土体渗流分析和稳定性研究的重要参数。基于瞬态剖面法原理,加工制作30 cm×30 cm×30 cm(长×宽×高)正方体和30 cm×60 cm(直径×高)的渗透柱,针对宽级配砾石土进行时域反射法标定试验和渗透柱试验。此渗透柱装置可以同时测定不同断面基质吸力和体积含水率变化,试验经进水饱和与排水蒸发阶段,得到宽级配砾石土体积含水率与基质吸力的关系,并根据瞬态剖面法得到非饱和渗透系数随基质吸力的变化关系;同时,采用van Genuchten和Brooks-Corey土—水特征曲线模型和渗透系数函数对其进行分析。结果表明:该渗透柱适用于宽级配砾石土水力参数测定;van Genuchten和Brooks-Corey土—水特征曲线模型都能很好地描述宽级配砾石土土—水特征曲线;Brooks-Corey渗透系数函数在描述宽级配砾石土渗透系数与基质吸力关系要优于van Genuchten渗透系数函数。这种试验方法为宽级配砾石土水力参数的测定提供了参考。

泥石流宽级配砾石土中最优细粒质量分数试验研究

宽级配砾石土的最优细颗粒质量分数可最大限度地降低其渗透性,抑制拦砂坝底扬压力,保障工程安全.通过击实试验和理论分析,研究了宽级配砾石土中细颗粒质量分数对土体干密度(孔隙度)的影响,确定了泥石流堆积物中最优细颗粒质量分数.研究表明,土体干密度与细颗粒质量分数的关系呈抛物线型,抛物线顶点即为最优细粒质量分数.理论分析表明,细粒质量分数在15.5%~20.6%时,粗颗粒孔隙被细粒填满;土体最优细粒质量分数理论值为20.6%,粗、细颗粒均处于最紧密堆积,干密度最大,孔隙度最小.理论计算未考虑粗颗粒的级配和颗粒本身的不规则性,计算结果较实际值偏大.击实试验表明,泥石流宽级配砾石土的最优细颗粒质量分数在15.68%~16.92%之间;土体干密度趋于最大,孔隙度达到最小.因此,为有效降低泥石流拦砂坝基底扬压力,建议坝基砾石土中细颗粒质量分数保持在16%~20%.

宽级配泥石流砾石土的动强度试验研究

目前,国内对宽级配砾石土的抗液化动强度指标少有进行试验和研究。阐述了使用动三轴仪对云南东川蒋家沟泥石流区的宽级配砾石土进行了抗液化强度动力试验,得到了该种土在各种振次、饱和度和不同破坏标准下的动强度指标,进行了分析并提出了相应的建议,供工程设计或有关方面参考和积累资料。

宽级配坡残积砾石土压实及抗剪特性试验研究

结合某心墙堆石高坝所采用的坡残积砾石土心墙料,以大型击实试验和大型直剪试验为主要手段,揭示了随着大于5 mm的粗粒含量P5增加,砾石土的最大干密度增加,抗剪强度指标C值减小,φ值增大的规律,并通过回归分析得到了它们之间的关系,为该类坡残积砾石土的应用提供了参考依据。

天然宽级配砾石防渗土料改性工艺研究

某水电站防渗土料是天然宽级配砾石土,存在“粗颗粒含量较多、黏粒含量偏少和天然含水率低”的问题。针对该料源的特性,通过筛分、掺和、破碎等土料级配改善措施的比选,推荐采用筛分工艺(筛除大于60mm粒径的颗粒)解决RM水电站防渗土料级配问题。通过加水量分析、加水时序选择、提高含水率措施的比选,提出了RM水电站防渗土料含水率改善措施。给出了适合工程防渗土料的改性工艺以及相关工艺流程的设计,为天然宽级配砾石心墙防渗土料的改性研究提供了工程设计依据。

300m级土质心墙堆石坝防渗砾石土料加水工艺试验

针对某300 m级特高土质心墙堆石坝的天然宽级配砾石防渗土料存在“天然含水率低”的特点,进行了“皮带机加水+堆料机堆料+料仓闷料”工艺和“分层摊铺+管网加水+料仓闷料”工艺的现场对比试验,验证相关加水工艺的合理性、可行性。试验结果表明,皮带机加水工艺较管网分层加水工艺具有优势,主要表现在皮带机自动化加水系统能实时、高效、精准地实现土料自动化加水;补水后的土料经过皮带运输由堆料机堆料,可实现自动化均匀堆料;土料加水完毕,闷制3~4 d后内部含水率基本稳定,闷料所需时间短;并提出了皮带机加水工艺的改进措施,改进后的“皮带机加水+堆料机堆料+料仓闷料”工艺可为类似土石坝的土料含水率调整提供参考。

300m级堆石坝天然砾石防渗土料级配调整现场试验

某300m级特高堆石坝的天然宽级配砾石防渗土料具有“粗颗粒含量较多、细粒含量偏少和均匀性较差”的特点,为了改善土料的级配和均匀性,通过现场大型筛分试验、混合搅拌试验验证了防渗土料级配调整工艺的合理性、可行性,并提出了满足工程设计要求的天然宽级配砾石防渗土料级配调整工艺、系统改进措施。根据试验成果,认为采用适当的筛分工艺进行天然宽级配砾石土的级配调整是可行的,对于宽级配的砾石土料采用混合搅拌工艺改善土料的不均匀性是有效的。

瀑布沟水电站黑马Ⅰ区防渗料的选择

介绍了瀑布沟土石坝选用黑马Ⅰ区防渗料的勘测过程、级配组成、性能和渗透特性。试验研究表明 ,黑马Ⅰ区砾质土料在剔除 80mm以上粗粒后 ,渗透性、压实性能等满足设计要求 ,可作为大坝心墙的防渗料。