粗砂渗透系数与抗渗强度概型分布研究

1、粗砂浸透系数与抗渗强度概型分布研究摘要：本文通过粗砂浸透变形重复性试验，分析了粗砂浸透系数与抗渗强度概型分布，浸透系数概型符合对数正态分布、正态分布和极值I型分布，其中以对数正态分布的拟合效果最好；抗渗强度的概型符合对数正态分布、正态分布和分布，其中以对数正态分布和正态分布拟合效果最好。这些可作为其他类型无粘性土浸透系数与抗渗强度概型分布特征研究的参考，为土石坝渗流平安可靠度分析提供基矗关键词：粗砂；浸透系数；抗渗强度；概型分布关键词：粗砂浸透系数抗渗强度概型分布1前言无粘性土是土石坝的主要填筑材料之一。由于施工过程分层碾压、取料部位不同、卸料时的颗粒别离等各种因素的影响，且土体内部颗粒组成与

2、构造的随机性，导致坝内土体多具不均匀性，表现出浸透系数与抗渗强度具有不同程度的变异性；然而传统方法进展土石坝渗流平安评估时，通常假定坝体均匀或分区均匀，其浸透系数与抗渗强度在某区域为常数1.本文受南京水利科学研究院研究生基金资助考虑它们的变异性。近些年开展起来的可靠度分析方法将有关参数视作随机变量，考虑了它们的随机性；在土石坝浸透稳定分析中，将浸透系数与抗渗强度作为随机变量，和常规方法相比，可更深化地考虑施工和填土变异性的影响。因此，作为土石坝浸透稳定可靠度分析的根底，讨论浸透系数与抗渗强度概率特性很有意义。浸透稳定可靠度计算中，浸透系数与抗渗强度的概型分布特征必不可少。E.FEineran2

3、对无粘性土浸透系数概型分布进展了总结，认为浸透系数服从对数正态分布，而有关抗渗强度概型分布的研究较少，为此本文对无粘性土中的粗砂浸透破坏特性进展了重复性试验研究，通过试验，分析浸透系数与抗渗强度概型分布特征。2粗砂浸透变形重复性试验2.1试验目的统计浸透系数与抗渗强度的概型分布。2.2试验方案土石坝实际施工过程中，从料场随机取料，然后按照同一压实标准可能部分一样，对土料分层填筑，分层碾压。由于取料、填筑以及碾压等过程受诸多随机因素的影响，使得各部位土料的级配、压实程度具有随机性，致使不同位置土料的浸透系数与抗渗强度具有随机性。本试验在试验过程中模拟该过程，首先从同一料源随机获得浸透变形试验土料

4、，然后分层制样，并按照同一干密度标准分层击实，以不同试样间的随机性模拟不同位置土料的随机性。以该方法获得的粗砂浸透系数与抗渗强度概率特性作为实际工程中的粗砂浸透系数与抗渗强度概率特性的参考。2.3试验设备和方法颗粒分析试验根据土工试验规程SL237-006-19993；浸透变形试验根据土工试验规程SD128032874，室内浸透变形试验装置采用竖直桶形浸透变形仪，试验仪器设备示意图如图1所示。图1浸透变形试验仪器设备示意图本试验采用沙河集下游河道某部位土料作为试验用料，土料类型为粗砂。首先在浸透变形试验前对每一试样做颗粒分析试验，然后在控制干密度不变条件下进展浸透变形试验。试验中试样厚度为20

5、，分四层制备，每层均为5；为控制干密度不变，首先将土料用烘箱烘干，再用电子秤每次称取一层所用土重，并按5控制击实厚度；为防止沿筒壁发生集中渗漏，在筒底设置了防止筒壁集中渗漏的环形垫片；每个试样平均饱和10小时。2.4试样制备时的干密度控制无粘性土密实度由相对密度控制，按照?碾压式土石坝设计标准?5规定实际工程中砂的相对密度，但考虑到施工机械的快速开展，本实验取；按土工试验标准SL237-010-1999进展相对密度试验，测得该土的土粒比重为2.65，最大干密度为1.85g/3，最小干密度为1.43g/3，由1式换算干密度：1那么控制试样干密度为1.75g/3。2.5试样级配及其平均曲线、上下包

6、线每一土样的级配曲线在级配曲线上下包线内变动，其上下限级配、平均级配数据见表1所示，颗粒分析包络曲线见图2所示。表1上下限、平均级配统计表级配52.51.20.60.30.120.075级配上包线96.888.472.250.918.63.52平均级配94.982.966.244.015.52.91.7级配下包线93.278.960.235.8122.21.4图2试验土料的级配包络图2.6试验结果与浸透变形试验有关的试样参数平均值见表2，因知浸透破坏类型为流土，故本文涉及到的抗渗强度均指流土抗渗强度；浸透系数与抗渗强度试验结果见表3。表2与渗流有关的参数平均值数据表相对密度Dr孔隙率n比重GS

7、有效粒径d10()等效粒径d20(分界粒径d30()不均匀系数u曲率系数0.80.342.650.240.360.464.81.01表320组试样浸透系数与抗渗强度试验结果表编号浸透系数(10-2/s)抗渗强度编号浸透系数(10-2/s)抗渗强度11.551.1111.31.221.491.45120.921.31311.54130.91.3341.321.33141.391.5451.631.47150.771.4561.081.35161.051.4571.041.29171.061.3780.711.7181.21.3791.381.32190.861.59101.021.59201.0

8、61.812均值1.1371.425标准差0.2600.167备注此处均值、标准差、变异系数采用20组原始数据统计获得变异系数0.2290.1172.7试验结果分析试验数据粗差判断和剔除对20组抗渗强度原始数据做2S法6检验，仅第20组数据处于区间以外，剔除第20组数据后对剩余19组数据做类似分析知19组数据满足2S法要求；依19组抗渗强度数据得其均值、标准差分别为：1.4054、0.146。对20组浸透系数数据做同样检验，所有数据均处于区间之中，无需剔除数据。依20组浸透系数数据得均值、标准差分别为：1.13710-2/s、0.26010-2/s。表4浸透系数k和抗渗强度JB概型检验成果表浸

9、透系数(/s)抗渗强度各概型参数及密度函数正态分布1.13710-21.40540.26010-20.1462f(x)f(x)=1/20.5exp-0.5(x-)/2其中-x对数正态-4.50.3350.23130.104f(x)f(x)=1/(2)0.5xexp-0.5(lnx-)/2其中x0极值I478.548.772k0.01021.34f(x)f(x)=exp-(x-k)-exp-(x-k)其中-x分布1591.465.7514k18.189692.4071f(x)f(x)=(x)k-1e-x/(k)其中x0比拟准那么或统计量或承受与否比拟准那么或统计量或承受与否K-S法检验正态分布0

10、.1900.1719Y0.1950.1352Y对数正态0.1275Y0.117Y极值I0.1380Y0.1453Y分布0.1419Y0.1208YA-D法检验正态分布0.69190.3083Y0.68960.2934Y对数正态0.69190.2529Y0.68960.281Y极值I0.72460.3394Y0.72380.5482Y各概型拟合度正态分布0.55360.5745对数正态0.63330.5925极值I0.53120.2427分布0.25320.3805最优概型对数正态分布对数正态分布注：Y表示承受该分布；N表示不承受该分布；fx表示概率密度函数概型分布分析为获得适于统计样本的概型分

11、布，针对岩土工程中常用的正态分布、对数正态分布、极值I型分布、分布四种类型对试验数据进展A-D法、K-S法检验并做拟合度比眩由于本文试验样本数较少，且A-D法适用于样本数较少的检验，故比选以A-D法为准，取拟合度最大者对应的概型为最优概型；假设A-D法不能承受全部概型或缺少比拟准那么，以K-S法做比选7，检验结果见表4。从表4可知，浸透系数k的A-D法、K-S法统计量、均小于其临界值、，其中以对数正态分布拟合度0.6333最大，说明浸透系数概型符合对数正态分布、正态分布、极值I型分布、分布，其中以对数正态分布拟合效果最好，正态分布和极值I型分布次之，分布列最后。这证明了前人的结论2。从表4可知

12、，抗渗强度的A-D法、K-S法统计量、均小于临界值、，对数正态分布拟合度最大，正态分布拟合度与对数正态分布拟合度相差无几，说明抗渗强度符合对数正态分布、正态分布、极值I型分布、分布，其中对数正态分布拟合效果最好，正态分布稍差，分布拟合度介于最大和最小中间，其模拟效果同样较好，极值I型分布拟合度最校需要说明，计算分布拟合度时，因缺少A-D法比拟准那么，故以K-S法代替计算，得分布拟合度。4总结本文模拟碾压土石坝填土的不均匀性，对取自某处的粗砂料进展了20组浸透变形重复性试验，试验中控制试验的干密度，各试样的颗分曲线位于其上下包线之间。应用A-D法和K-S法，分析了浸透变形重复性试验结果，分析认为粗砂浸透系数概型符合对数正态分布、正态分布和极值I型分布，其中以对数正态分布的拟合效果最好；应用A-D法和K-S法，分析了浸透变形重复性试验结果，分析认为粗砂抗渗强度概型符合对数正态分布、正态分布和分布，其中以对数正态分布和正态分布拟合效果最好；参考文献：1毛昶熙，渗流计算分析与控制，水力电力出版社，1990，89-91。2E.FEineran;G.DagenE.Bresler.“StatistialinferenefSpatialRandFuntinsFraterResureResearhVl22,N.6June1986。3中华人民共和国行业标准,土工试验规程(S