粗粒类土的渗透系数与级配特征粒径的关系研究.doc
周先智
摘要：渗透系数是粗粒类土工程特性的重要指标，文章在分析计算粗粒类土的渗透系数的常用公式基础上，通过对我国诸多学者在各地区对不同粗粒类土的渗透试验资料的研究，提出了粗粒类土的渗透系数与级配特征粒径之间的经验公式，从而揭示了粗粒类土的级配特征粒径对渗透系数的影响规律。
关键词：粗粒类土；渗透系数；特征粒径；公式
中图分类号：TG404 文献标识码：A
Study on the relationship between the coarse-grained soil permeability coefficient
and the distribution characteristics of grain size
Zhou Xian-zhi
(China Southwest Architectural Survey and Design Institute Co., Ltd., Chengdu, Sichuan 610081)
Abstract: The permeability coefficient is an important indicator of the coarse type of soil engineering properties, articles commonly used formula on the basis of the analysis to calculate the coarse-grained soil penetration coefficient, many of our scholars in various regions of different coarse-grained type of soil penetration testthe research, the empirical formula between the coarse-grained type of soil permeability coefficient and gradation characteristics particle size, which reveals the coarse soil level with the characteristics of particle size on the permeability coefficient investigated.
Keywords: coarse-grained soil; permeability coefficient; characteristic particle size; formula
粗粒类土是按工程分类标准定名的一类土。国家标准《土的工程分类标准GB/T 50145-2007》、行业标准《土工试验规程SL 237-1999》、《水电水利工程土工试验规程DL/T 5355-2006》等将巨粒组土粒（d＞60mm）质量小于或等于总质量15%，且巨粒组土粒与粗粒组土粒（60mm≥d＞0.075mm）质量之和多余总质量50%的土定名为粗粒类土。在粗粒类土中砾粒组（d＞2mm）质量大于总质量50%的土称砾类土,砾粒组质量小于或等于总质量50%的土称砂类土。交通部行业标准《公路土工试验规程JTG E40-2007》将前述粗粒类土称为粗粒土。
粗粒类土在工程建设中经常遇到，应用十分广泛。它不但可作为建筑材料直接应用于工程建设，而且还是一些工程建设不可回避的外部环境或工程地质问题。因对粗粒类土的渗透特性认识不足而发生工程事故的事件不少，比如美国提堂(Teton)坝的溃决；方坦奈耳(Fontenelle)坝的渗透破坏；1975年8月中国淮河上游，由于渗透破坏发生板桥、石漫滩水库群垮坝事件，水库垮坝计58座。由此可见,对粗粒类土的工程特性，尤其是对工程不利方面的渗透特性认识有待进一步加深，以便在最节约的前提下采取相应的工程措施，使工程建设更加安全。
粗粒类土的渗透系数是表征土体被水透过的能力的渗透特性参数，它的大小与土体中孔隙的大小、多少以及连通情况等有关。而孔隙的构成情况主要受土的颗粒级配、结构、组成情况及土的密实度所决定。
目前国内外对渗透系数的选用主要是通过试验获取。试验方法所取得的参数相对准确可靠，但需要花费大量的人力物力和财力。而且，并非所有的工程项目都具备试验条件，有时需要依据经验选取。这种情况下在试验基础上建立起来的经验计算公式就显得尤为重要。
1．研究现状
对粗粒类土渗透系数的研究，西方国家处于领先地位，我国学者研究得相对较晚。
法国工程师达西(H．Darcy)于1856年通过对饱和粗砂的渗透试验研究得出：水流在土体中的渗流速度与水力坡降成正比，即著名的达西定律。
（1）
式中： 为渗透系数， 为水力梯度。
达西定律问世以后，渗透系数 成为众多学者的重要研究对象，期望建立渗透系数模型公式，供工程设计和建设时直接计算使用，以减少试验测定工作这项重复劳动。研究工作者从粗粒类土的渗透系数与土的孔隙比和特征粒径可能存在一定函数关系方面着手，得出一些经验、半理论半经验公式。
国内外的主要经验、半理论半经验公式有：
哈增（A.Hazen 1911）公式：
（2）
柯森（Kozeny 1927）公式
（3）
扎乌叶列布（И.И.Зауербрей 1932）公式：
（4）
卡萨格兰德（Casagrande 1932）公式：
（5）
泰勒（Taylor D W 1948）公式
（6）
太沙基(Terzaghi 1955)公式：
（7）
伊斯托明娜（B.C.Истомина 1957）公式：
（8）
康德拉捷夫（Б.Н. Кондратбев 1958）公式：
（9）
刘杰（中国水利水电科学研究院1992）公式：
（10）
程春龙（河海大学 2011）公式：
（11）
以上各式中 为孔隙比； 为孔隙率；为有效孔隙率； 为累计含量占土总量 % 对应的颗粒直径（mm）； 为等效粒径（mm）； 为经验指数； 为孔隙的平均直径（mm）； 、 、 分别为20℃、18℃、10℃时土的渗透系数（cm/s）； g为重力加速度（cm/s2）； 为试验温度时水的动力粘滞系数； 为与土性有关的系数，对于公式（2）取1.00（对于0.1mm≤ ≤3mm，不均匀系数小于5的中粗砂，其变化范围在0.41～1.46之间），对于公式（4）取1.35～3.50。
2．现状分析
