粗粒土渗透临界坡降原始记录实例

去年秋天在甘肃引洮供水二期工程现场，粗粒我们做了一组粗粒土渗透试验。土渗透临仪器是界坡降原自制的垂直渗透变形仪，内径30厘米，始记装样高度50厘米。录实例土样取自7号隧洞出口的粗粒砂砾石料，最大粒径60毫米，土渗透临不均匀系数Cu=42.6。界坡降原这批料的始记细粒含量只有6.8%，属于典型的录实例级配不良粗粒土。

装样前先测了天然密度。粗粒用灌砂法在现场挖坑，土渗透临三个点平均干密度2.16克每立方厘米。界坡降原室内按这个密度控制分层装样，始记每层10厘米，录实例用击实锤轻夯到设计高度。这里有个细节：装样时千万不能一次性倒进去再振捣，那样细颗粒全跑到下面去了，渗透坡降会虚高。我们分五层装，每层装完用毛刷把表面拉毛，再装下一层。

饱和过程花了整整两天。从底部缓慢注水，水位每次上升5厘米就停半小时，让土样自己吸水。水头差控制在2厘米以内，超过这个值细颗粒就开始移动了。等到出水口流量稳定，上下水位齐平，才开始做渗透试验。

试验从低水头开始。初始水头差2厘米，对应水力坡降i=0.04。每级水头维持30分钟，测三次流量取平均。前六级坡降流量关系很线性，渗透系数在2.3×10⁻²厘米每秒上下波动。到第七级，水头差加到14厘米，i=0.28时，出水口开始冒细砂。水有点浑，用烧杯接了一杯，静置后底部有薄薄一层细砂，大概0.3毫米厚。

继续加到第八级，i=0.36。出水口浑得更厉害，流量突然从每分钟420毫升跳到580毫升。这时候观察测压管，中间那根管的水位比理论值低了1.2厘米。说明土样内部已经出现局部管涌通道。按规范，这个坡降就是临界坡降。我们记下i_cr=0.36，对应渗透系数K=3.1×10⁻²厘米每秒。

破坏坡降还要再往上加。第九级i=0.45时，出水口像开了锅，细砂大量涌出，流量超过1000毫升每分钟。测压管水位剧烈波动，土样表面出现直径约2厘米的漏斗状凹陷。这个坡降就是破坏坡降i_f=0.45。从临界到破坏，只差了0.09，粗粒土的渗透稳定性确实很脆弱。

事后筛分发现，流失的细粒主要是0.075到0.5毫米的砂粒。粗颗粒骨架没动，但细粒流失后孔隙比从0.28增大到0.34。这组数据后来用在了7号隧洞的排水设计里，设计坡降取了临界值的1/2，也就是0.18。现场开挖的排水沟运行一年后检查，没有发现细颗粒流失迹象。

有个现象值得记下来：同一批料，装样密度差0.05克每立方厘米，临界坡降能差0.08。所以做粗粒土渗透试验，密度控制比级配还关键。另外，试验用水最好用现场地下水，我们第一次用自来水做，临界坡降比后来用地下水低了0.04，可能是水中离子成分影响了细颗粒的分散性。

记录表格上，每个数据点都对应着时间、水温、流量、测压管读数。这些原始记录比最终报告里的曲线更有价值，因为你能看到流量从稳定到突变的那个拐点，看到浑水从清到浊的渐变过程。粗粒土的渗透破坏不是突然发生的，它有前兆，有过程，只是这个过程有时候很短。

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