裂隙粘性土渗透性测定的试验研究及应用

范沛军++陈静++吴庆林

【摘 要】本文对裂隙粘土渗透特性，结合具体工程，探讨如何在裂隙粘土中进行现场水文地质试验，并对比各类试验方法，总结出在裂隙粘土中洛阳铲成孔常水头注水试验的优点，并介绍了试验过程及步骤。

【关键词】 裂隙粘土；渗透特性；注水试验；洛阳铲

Experiment research and application of splitting glues of soil permeating measurement

Fan Pei-jun，Chen Jing，Wu Qing-lin

（Yellow river survey and design institute research of Shandong Jinan Shandong 250011）

【Abstract】The article introduced glue soil to permeate characteristic towards splitting， combining concrete engineering， study how in the middle of splitting to glue soil carry on the spot hydrology a geology to experiment， and contrast each kind of experiment method， tally up Luoyang spade in the middle of splitting to glue soil become bore water head advantage which note water to experiment often， and on trial process and step.

【Key words】Crack glue soil；Permeating characteristic；Noting water experiments；Luoyang spade

在河流冲积作用下，大量泥沙携带入洪水中，洪水退却后，在静水环境中，粘粒沉积下来，经过一段时间后，粘土中水分蒸发，土体开始变干，龟裂伴随发育，最终形成裂隙，裂隙呈网格状在粘土中三维空间展布，这种特殊结构决定了其物理力学特性与一般粘性土有较大区别，其渗透性表现为较强或极强，在水利工程及堤防工程中作为不良地质体，应进行处理。

1. 工程实例分析

（1）山东省城某水库，地层主要为内陆河与黄河沉积层，在水库沉沙池钻探过程中发现有裂隙粘土分布，地勘报告也有所描述，但未进行进一步的查明，其渗透性也未进行进一步评价。沉沙池蓄水后，在裂隙分布区域，围坝背河一侧地面形成一片汪洋，坝基裂隙性粘土渗水非常严重。库区也出现相同的情况，由于截渗墙没有把裂隙粘土层有效截断，水库蓄水后，渗水渗流量非常大，直接影响水库的运行效果，增加了水库的运行成本。

（2）工程实例告诉我们，在平原地区进行水库工程建设，裂隙性粘土作为不良地质体，其隐蔽性较强，分布情况不像古河道、软弱土层那么容易查明，但对工程影响却十分重要，应引起足够的重视。

2. 影响裂隙性粘土渗透的主要因素

（1）裂隙粘土的渗透系数跟以下因素有关：裂隙的发育程度、裂隙的张开度、裂隙的填充情况、裂隙所处的环境。

（2）如果裂隙发育，张开度大，无充填物，所处环境在地下水以上，比较干燥，那么这种裂隙连通性就很好，其透水性极强，渗透系数大。

（3）当裂隙性粘土中的裂隙被下一次洪水中的土颗粒填充，其渗透性主要取决于填充土颗粒的大小，如果是砂性土，渗透性就较强；如果是粘性土，透水性就很弱，该层可以作为较好的天然隔水层。

（4）由于粘性土中的裂隙具有遇水收缩，失水膨胀的特点，所以，一般在地下水位以下的裂隙较地下水位以上的张开度要小，渗透性弱。还有，埋藏深的要比埋藏浅的要小。当然，也不尽然，还跟其他一些因素有关。

3. 裂隙粘土水文地质试验

确定地下水位以下的裂隙粘土的渗透性有抽水试验和示踪剂等方法，而且试验方法已比较成熟。地下水位以上的裂隙粘土，如何有效来进行试验，现行规范中未作特别说明，在实际操作过程中如果按常规试验方法，那么难度就比较大，甚至试验结果出现偏差。

在进行临盘水库裂隙粘土渗透性试验时，我们首先采用拟定好的探坑坑底及双环渗水试验方法，但发现该方法适合于土质比较均匀的干燥土层，对于地下水位较高，土质不均匀，层理发育的裂隙粘土，此方法不适合。即便上述方法适合，由于地层层理发育，土质不均匀，要想获得整个裂隙性粘土的渗透性成果，需要在不同深度、不同点作大量的试验。研究人员建议采用钻孔常水头注水试验，但是如何成孔是关键，如果采用常规钻机成孔，在成孔过程中很容易把裂隙结构破坏，裂隙被填埋，严重影响试验结果。因此，改用洛阳铲成孔，洛阳铲成孔的优点在于对裂隙结构的扰动最小，很容易控制孔深及孔经，从整个试验过程来看，试验是成功的，试验结果是合理的。

3.1 基本原理。

按照达西定律原理，在常水头作用下，通过控制注水量（Q）跟水位降深（s），并保持稳定，从而测算出地层的渗透系数（k）。

根据水工建筑部门的经验，当l/r>4时，按下式计算渗透系数k。

式中： L──试验段或过滤器长度（m）；

Q──稳定注水量（m3/d）；

s──孔中水头高度（m）；

r──钻孔或过滤器半径（m）。

3.2 滤管及滤料的选择。

PVC管具有强度较高，加工方便，型号多样的特点，所以滤管选用PVC管加工的滤管。

滤料的选择非常重要，因为裂隙粘土与一般土层的渗水机理不同，裂隙粘土的透水通道主要是裂隙，而一般土层是在土体颗粒间或细微的构造结构间渗水。如果选择的滤料的细颗粒含量过高或滤料过细就会阻塞裂隙，造成透水不畅，影响试验结果，所以，滤

料应选择粒径级配较为单一的粗沙或级配差的砂砾，具体选择滤料时还应结合钻探资料对裂隙的描述。本次试验选择了cu<5，d50=5mm的砾砂。

3.3 试验步骤。

试验过程中还需要水桶、秒表、水表、直尺等工具。主要步骤如下：

①洛阳铲成孔，使所成钻孔孔径自上而下保持一致，钻口形状为圆形，孔径大小根据所选滤管的直径有关。

②把加工好的滤管底放到合适位置，然后，在钻孔与滤管之间填满滤料，并轻微敲打滤管，使滤料进一步密实。

③打开水表，向滤管内注水，等滤管内的水头上升到合理位置，开始测量水头高度，记录水表读数。开始5次流量观测间隔为5min，以后每间隔20min观测一次。

④注水量跟水头稳定后，控制稳定后的延续时间为8～24小时。稳定标准：稳定时间段内，在注水量波动值不超过正常值的5%，水位波动值不超过水位抬升值的1%。

⑤试验结束。

4. 结论

在裂隙粘土中，洛阳铲成孔常水头注水试验方法与其它实验方法比较具有如下优点：

①简便、易于操作，成功率高；

②试验成果更具代表性，更合理可靠；

③减少了工作量，提高了工效，节约了成本；

④解决了裂隙粘土成孔质量这一关键技术性问题。

在裂隙粘土中利用洛阳铲成孔常水头注水试验，合理解决了以往工程中对裂隙粘土的渗透性难以进行试验及评价的这一技术难题，并可推广运用于其他工程项目。endprint