基于有效孔隙比的黏性土渗透系数经验公式研究

粗粒土的渗透系数可由与渗透性能相关且较易量测的常规参数估算,研究黏性土的类似经验公式具有重要的理论意义。首先考虑结合水膜对黏性土渗透特性的影响,定义黏性土的无效孔隙比和有效孔隙比的概念,利用黏性土的稠度界限指标液限、渗流的起始水力坡降和双电层参数3种方法,推导无效孔隙比和有效孔隙比的计算公式,然后对常用的粗粒土渗透系数经验公式进行修正,得出适用于黏性土的渗透系数经验公式。最后选取泾阳黄土、南海软黏土和科威特盐渍土的相关物理参数,分别代入粗粒土和黏性土的渗透系数经验公式中,得到渗透系数的计算值,将其与室内试验的实测值进行对比,验证黏性土渗透系数经验公式的合理性。在比较分析渗透系数经验公式及3种有效孔隙比计算方法的优缺点后,推荐采用稠度指标法修正的柯森–卡门和斯托克斯经验公式作为黏性土渗透系数的计算公式。

利用稠度指标估算黏土渗透系数的方法研究

针对黏土渗透系数无法利用方便易测参数估算的问题,从分析无效孔隙对土体渗透特性的影响出发,定义黏土无效孔隙比的概念;然后利用黏土稠度界限指标液限,推导出有效孔隙比的计算公式,对常用的砂土渗透系数经验公式进行修正,得出黏土渗透系数经验公式;最后以黏土渗透系数经验公式为基础,对工程实例进行渗流计算。通过分析考虑与不考虑无效孔隙比计算结果之间的差异,并将渗透系数计算值同室内试验实测值进行对比,验证了黏土渗透系数经验公式的合理性。

考虑有效孔隙比影响的饱和黏性土中注浆渗透机理

考虑强结合水膜对黏性土渗透特性的影响,依据土体物理特征参数建立有效孔隙比计算公式;修正经典的Kozeny-Carman渗透系数的经验公式,得到适用于黏性土的渗透系数经验计算公式;在此基础上,推导黏性土层中黏度时变性浆液注浆柱面和球面渗透扩散半径和渗透压力的计算公式.通过算例,验证了提出的黏性土渗透系数经验公式的正确性,并对比分析了不同注浆压力、注浆时间条件下是否采用有效孔隙比、是否考虑浆液黏度时变性对浆液扩散半径的影响.计算结果表明:采用天然孔隙比的扩散半径是采用有效孔隙比的扩散半径的约1.5倍,且两者的差距随注浆压力的增大、注浆时间的延长而增大;黏性土的渗透特性必须考虑强结合水膜的影响.