导　　师： 李永业

学科专业： H15

授予学位： 硕士

作　　者： ;

机构地区： 太原理工大学

摘　　要： 从广义上来讲,粗粒石是一种无粘性的粗粒土,由于其具有强度高、孔隙率大、透水性强、沉陷变形小、承载力高等工程特性,不仅承担着堆石体的主要组成部分,而且在铁路和公路路基、堆石坝、以及渗渠反滤层等工程中得到广泛的应用,已经成为水利、土木工程中不可或缺的建筑材料。粗粒石的铺设在施工过程中,较多的用于提高地基强度,支撑上部构件,同时排出地下水,从而减少地下水对上部构造的危害,因此,研究其渗透特性是工程实际中一个关键的课题,而且重点在于研究粗粒石体的透水性,而不是抗渗性。如何使铺设的粗粒石体达到设计渗透能力是工程设计中必须解决的问题。因此,应深入研究粗粒石铺设特征对其渗透特性的影响。粗粒石是由大小不等、性质不一的颗粒机械组合而成的散粒体,由于颗粒大小相差悬殊、组成分散、不均匀系数较大、性能复杂等不确定性因素的影响,导致无法单独对影响粗粒石渗透性的各个因素进行定量化研究,为了更深入的把握粗粒石的渗透特性,本文针对在工程应用中较多的5mm、20mm、60mm的粗粒石体作为研究对象,通过模型试验和理论分析,重点在粗粒石粒径、铺设厚度、压实性能、容重以及承压水头等方面,展开对粗粒石渗透特性的试验研究,取得了以下几点结论：1.通过渗透模型理论,在水流入渗连续性的基础上,应用几何学原理,初步推导出粗粒石介质渗流量公式：公式表明,粗粒石介质渗流量与其孔隙率、粒径以及铺设厚度有关。2.水流在粗粒石内部流态均为非层流渗流。在人工松填情况下,d=5mm的粗粒石在稳定入渗时，流态趋于层流到紊流的过渡段，但接近层流；铺设厚度的增加对其流态影响不大；若选定某一厚度重复振捣加料形成不同容重，则容重的增加对粗粒石渗流流态影响较大，流态从完全紊流逐渐趋于过渡流，当容重增加到某一值时，粗粒石渗流流态将趋于层流；对于d=20mm及d=60mm的粗粒石在稳定入渗时，渗流流态为完全紊流，随着容重的增大到某一值，流态也会趋于层流。3.采用Forehheimer提出的非线性渗透定律，选定同一渗透路径，采用最小二乘法对三种粗粒石的层流系数a和紊流系数b进行求解确定，求得该工况下的平均渗透系数，进而得到三种粗粒石各自渗透规律方程。4.在单一参数变化条件下，运用相关分析及回归分析理论，分别建立了承压水头、粒径、厚度、容重与渗流量之间关系，并且采用多种压实方式，说明了压实性能对渗流量的影响，从而把渗流量与粗粒石宏观的铺设特征结合起来。结果表明，承压水头越大、粗粒石粒径越大，粗粒石的渗流量就越大，而厚度越大，容重越大，粗粒石的渗流量就越小，在此基础上，得到了使得粗粒石渗流量近乎为零时的临界铺设厚度及容重，并拟合得到了临界铺设厚度及容重与承压水头之间的对应关系曲线，为实际工程提供参考。同时采用标准回归系数法及Spss回归分析软件，对影响粗粒石渗流量的承压水头、粒径和铺设厚度进行了程度分析，发现承压水头对粗粒石渗流量的影响最大，粗粒石粒径影响次之，粗粒石的铺设厚度影响最小。5.采用量纲分析的方法，建立了粗粒石稳定渗流时的渗流量方程Q=H52g12，提出渗流系数，分析了渗流系数与承压水头、粗粒石粒径、铺设厚度以及容重等各影响因素之间的关系，在此基础上，拟合得到各个工况下的f(H)，并验证其准确性。本文的研究成果对进一步研究粗粒石铺设特征对其渗透特性的影响具有重要的参考价值，同时对工程实际中关于粗粒石的应用提供了理论依据。

关 键 词： 粗粒石 铺设特征 非线性渗透特性 回归分析 量纲分析

分 类 号： [V21]

领　　域： [航空宇航科学与技术]