[发明专利]地质构造内部充填介质/土体渗透稳定性综合判别方法

说明书

本发明公开了一种地质构造内部充填介质/土体渗透稳定性综合判别方法，通过室内筛分实验等常规方法获得土体的颗粒级配曲线数据；基于测得的颗粒级配曲线数据，通过数据拟合和参数分析，计算得到PSD参数方程的未知参量的取值，实现颗粒级配曲线的数学化表达；采用Kezdi、Sherard和Kenney&Lau准则对土体渗透稳定性进行评价，获得三个特征点；通过分析三点连线与Kezdi、Sherard和Kenney&Lau准则边界曲线之间的关系，实现对土体渗透稳定性的准备判定。本发明基于有限的室内筛分实验实现颗粒级配曲线的数学化表达，自动计算颗粒级配曲线上特定区间内的切线斜率，准确判定土体的渗透稳定性。

技术领域

本发明涉及一种地质构造内部充填介质/土体渗透稳定性综合判别方法。

背景技术

堤防是防洪工程体系的重要组成部分，管涌是洪水期间堤坝出现险情的主要原因。土体的渗透稳定性是指渗流条件下土体内粗颗粒阻止细颗粒流失的能力，一旦细颗粒流失，整个土体的渗透性会增大，同时土体的抗剪强度也会降低。对堤防或土石坝来说，由于细颗粒的流失可能会导致坝体产生局部沉降或集中渗透，从而产生管涌，最终导致坝体和堤防的溃决。据不完全统计，土石坝约1/3以上是以渗透侵蚀的形式破坏，其中土料的渗透稳定性差是其中一个重要的原因。此外，诱发隧道突水突泥重大灾害的地质构造(如宽大裂隙、断层、溶洞、岩溶管道等)内部可能充填有粘土、细砂、砂砾、断层泥等多种介质，其充填失稳模式与突水机理也与充填介质的渗透稳定性密切相关。

国内外对土料渗透稳定性已经作了大量的研究工作，从土体几何条件的角度出发，通过大量的实验提出了判定土体渗透稳定性的几何准则。由于试验方法、渗流方向以及鉴别细颗粒流失量的衡量标准不同，以致试验资料规律性差，成果分析难以互相吻合。迄今为止，对于判别土石料的稳定性或是否发生管涌，还没有一个被公认的统一准则。

土体的稳定性主要取决于颗粒级配曲线(PSD)、相对密实度以及渗透水压力。其中，土体自稳特性主要取决于其PSD曲线特征，而土体失稳的临界破坏条件主要取决于相对密实度和渗透水压力大小。土体自稳性判别方法主要有三类方法：不均匀系数法，细颗粒含量法和颗粒级配曲线法，当前普遍采用的颗粒级配曲线法中，以下三种半定性判别准则应用较为广泛：Kezdi准则，Sherard准则和Kenney &Lau准则。这三个准则可以统一采用颗粒级配曲线上特定区间内的切线斜率来表示，但由于需知道某些特殊点处的粒径和颗粒含量，导致应用这些准则进行土体自稳性判别时面临三个主要问题：(1)常规室内试验方法只能获得有限的数据，难以得到完整的颗粒级配曲线；(2)即使我们采用先进的测试手段获得更多的PSD数据，也难以获取这些特殊位置处的数据；(3)由于获得的数据都是离散的，而不连续，切线斜率只能手动计算获得。

发明内容

本发明的目的是为克服上述技术与方法的不足，基于PSD参数方程提出一种可解决上述问题的思路，即：基于有限的实验数据，首先通过PSD参数方程实现颗粒级配曲线预测及数学化表达，进而实现充填介质自稳性的判别。

本发明采用的技术方案为：基于PSD参数方程的土体渗透稳定性综合判别方法，实施步骤如下：

(1)获得土体的颗粒级配曲线数据；

(2)基于步骤(1)测得的颗粒级配曲线数据，通过数据拟合和参数分析，计算得到PSD参数方程的未知参量的取值，实现颗粒级配曲线的数学化表达；

(3)采用Kezdi、Sherard和Kenney&Lau准则对土体渗透稳定性进行评价，获得三个特征点；

(4)通过分析三个特征点连线与Kezdi、Sherard和Kenney&Lau 准则边界曲线之间的关系，实现对土体渗透稳定性的准备判定。

进一步的，在步骤(1)中获得土体的颗粒级配曲线数据的方法：基于针对拟评价的土体，通过有限的室内筛分实验，获得土体的颗粒级配曲线数据。