粗砂滲透系數與抗?jié)B強度概型分布研究

1、粗砂滲透系數與抗?jié)B強度概型分布研究        摘要:本文通過粗砂滲透變形重復性試驗,分析了粗砂滲透系數與抗?jié)B強度概型分布,滲透系數概型符合對數正態(tài)分布、正態(tài)分布和極值I型分布,其中以對數正態(tài)分布的擬合效果最好;抗?jié)B強度的概型符合對數正態(tài)分布、正態(tài)分布和分布,其中以對數正態(tài)分布和正態(tài)分布擬合效果最好。這些可作為其他類型無粘性土滲透系數與抗?jié)B強度概型分布特征研究的參考,為土石壩滲流安全可靠度分析提供基礎。 關鍵詞:粗砂;滲透系數;抗?jié)B強度;概型分布     關鍵詞:粗砂 滲透系數 抗?jié)B強度 概型

2、分布     1 前言    無粘性土是土石壩的主要填筑材料之一。由于施工過程分層碾壓、取料部位不同、卸料時    的顆粒分離等各種因素的影響,且土體內部顆粒組成與結構的隨機性,導致壩內土體多具不均    勻性,表現(xiàn)出滲透系數與抗?jié)B強度具有不同程度的變異性;然而傳統(tǒng)方法進行土石壩滲流安全    評估時,通常假定壩體均勻(或分區(qū)均勻),其滲透系數與抗?jié)B強度在某區(qū)域為常數1.    本文受南京水利科學研究院研究生基金資助

3、    考慮它們的變異性。近些年發(fā)展起來的可靠度分析方法將有關參數視作隨機變量,考慮了它們的隨機性;在土石壩滲透穩(wěn)定分析中,將滲透系數與抗?jié)B強度作為隨機變量,和常規(guī)方法相比,可更深入地考慮施工和填土變異性的影響。因此,作為土石壩滲透穩(wěn)定可靠度分析的基礎,探討滲透系數與抗?jié)B強度概率特性很有意義。    滲透穩(wěn)定可靠度計算中,滲透系數與抗?jié)B強度的概型分布特征必不可少。E.Feinerman2對無粘性土滲透系數概型分布進行了總結,認為滲透系數服從對數正態(tài)分布,而有關抗?jié)B強度概型分布的研究較少,為此本文對無粘性土中的粗砂滲透破壞特性進行了重復

4、性試驗研究,通過試驗,分析滲透系數與抗?jié)B強度概型分布特征。    2 粗砂滲透變形重復性試驗    2.1 試驗目的    統(tǒng)計滲透系數與抗?jié)B強度的概型分布。    2.2 試驗方案    土石壩實際施工過程中,從料場隨機取料,然后按照同一壓實標準(可能局部相同),對土料分層填筑,分層碾壓。由于取料、填筑以及碾壓等過程受諸多隨機因素的影響,使得各部位土料的級配、壓實程度具有隨機性,致使不同位置土料的滲透系數與抗?jié)B強度具有隨機性。本試驗在試驗過程中

5、模擬該過程,首先從同一料源隨機取得滲透變形試驗土料,然后分層制樣,并按照同一干密度標準分層擊實,以不同試樣間的隨機性模擬不同位置土料的隨機性。以該方法獲得的粗砂滲透系數與抗?jié)B強度概率特性作為實際工程中的粗砂滲透系數與抗?jié)B強度概率特性的參考。    2.3 試驗設備和方法    顆粒分析試驗依據土工試驗規(guī)程SL237-006-19993 ;滲透變形試驗依據土工試驗規(guī)程SD128-032-874,室內滲透變形試驗裝置采用豎直桶形滲透變形儀,試驗儀器設備示意圖如圖1所示。    圖1 滲透變形試驗儀器設備示意圖

6、    本試驗采用沙河集下游河道某部位土料作為試驗用料,土料類型為粗砂。首先在滲透變形試驗前對每一試樣做顆粒分析試驗,然后在控制干密度不變條件下進行滲透變形試驗。試驗中試樣厚度為20cm,分四層制備,每層均為5cm;為控制干密度不變,首先將土料用烘箱烘干,再用電子秤每次稱取一層所用土重,并按5cm控制擊實厚度;為防止沿筒壁發(fā)生集中滲漏,在筒底設置了防止筒壁集中滲漏的環(huán)形墊片;每個試樣平均飽和10小時。    2.4 試樣制備時的干密度控制    無粘性土密實度由相對密度控制,按照碾壓式土石壩設計規(guī)范5規(guī)定

7、實際工程中砂的相對密度,但考慮到施工機械的快速發(fā)展,本實驗取;按土工試驗規(guī)范SL237-010-1999進行相對密度試驗,測得該土的土粒比重為2.65,最大干密度為1.85g/cm3,最小干密度為1.43g/cm3,由(1)式換算干密度:     (1)     則控制試樣干密度為1.75g/cm3。    2.5 試樣級配及其平均曲線、上下包線    每一土樣的級配曲線在級配曲線上下包線內變動,其上下限級配、平均級配數據見表1所示,顆粒分析包絡曲線見圖2所示。 &

8、#160;  表1 上下限、平均級配統(tǒng)計表    級配(mm)    <5    <2.5    <1.2    <0.6    <0.3    <0.12    <0.075    級配上包線(%)    96.8  

9、0; 88.4    72.2    50.9    18.6    3.5    2    平均級配(%)    94.9    82.9    66.2    44.0    15.5    2.9   

10、1.7    級配下包線(%)    93.2    78.9    60.2    35.8    12    2.2    1.4    圖2 試驗土料的級配包絡圖    2.6 試驗結果    與滲透變形試驗有關的試樣參數平均值見表2,因知滲透破壞類型為流土,故本

11、文涉及到的抗?jié)B強度均指流土抗?jié)B強度;滲透系數與抗?jié)B強度試驗結果見表3。     表2 與滲流有關的參數平均值數據表    相對密度Dr    孔隙率n    比重GS    有效粒徑 d10(mm)    等效粒徑    d20(mm)    分界粒徑    d30(mm)    不均勻系數cu&#

12、160;   曲率系數cc    0.8    0.34    2.65    0.24    0.36    0.46    4.8    1.01    表3 20組試樣滲透系數與抗?jié)B強度試驗結果表    編 號    滲透系數(10-2cm/s

13、)    抗 滲 強 度    編 號    滲透系數(10-2cm/s)    抗 滲 強 度    1    1.55    1.1    11    1.3    1.2    2    1.49   

14、1.45    12    0.92    1.31    3    1    1.54    13    0.9    1.33    4    1.32    1.33    14  &

15、#160; 1.39    1.54    5    1.63    1.47    15    0.77    1.45    6  &n    bsp; 1.08    1.35    16   

16、1.05    1.45    7    1.04    1.29    17    1.06    1.37    8    0.71    1.7    18    1.2    1.37 

17、60;  9    1.38    1.32    19    0.86    1.59    10    1.02    1.59    20    1.06    1.812    均 值   

18、1.137    1.425    標 準 差    0.260    0.167    備 注    此處均值、標準差、變異系數采用20組原始數據統(tǒng)計獲得    變 異 系 數    0.229    0.117    2.7 試驗結果分析    試驗數據粗差判斷和剔

19、除     對20組抗?jié)B強度原始數據做2S法6檢驗,僅第20組數據處于區(qū)間以外,剔除第20組數據后對剩余19組數據做類似分析知19組數據滿足2S法要求;依19組抗?jié)B強度數據得其均值、標準差分別為:1.4054、0.146。    對20組滲透系數數據做同樣檢驗,所有數據均處于區(qū)間=之中,無需剔除數據。依20組滲透系數數據得均值、標準差分別為:1.137×10-2cm/s、0.260×10-2cm/s。     表4 滲透系數k和抗?jié)B強度JB概型檢驗成果表  

20、0; 滲透系數(cm/s)    抗?jié)B強度    各    概    型    參    數    及    密    度    函    數    正態(tài)分布        1.1

21、37×10-2    1.4054        0.260×10-2    0.1462    f(x)    f(x)=1/(2)0.5exp-0.5(x-)/2 其中-<x<    對數正態(tài)        -4.5    0.335  

22、60;     0.2313    0.104    f(x)    f(x)=1/(2)0.5xexp-0.5(lnx-)/2 其中x>0    極值I        478.54    8.772    k    0.0102    1.34 

23、60;  f(x)    f(x)=exp-(x-k)-exp-(x-k) 其中-<x<    分布        1591.4    65.7514    k    18.1896    92.4071    f(x)    f(x)= (x)k-1e-x/(k) 其中x&g

24、t;0    比較準則    或    統(tǒng)計量    或    接受    與否    比較準則    或    統(tǒng)計量    或    接受    與否    K-S    法檢

25、    驗    正態(tài)分布    0.190    0.1719    Y    0.195    0.1352    Y    對數正態(tài)    0.1275    Y    0.117    Y &

26、#160;  極值I    0.1380    Y    0.1453    Y    分布    0.1419    Y    0.1208    Y    A-D    法檢    驗    正態(tài)分布    0.6919