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水 利 学 报

2021 年 3 月 SHUILI XUEBAO 第 52 卷 第 3 期

文章编号：0559-9350（2021）03-0323-10

重塑粗粒土-黏性土混合物冲刷特性研究

高晓静 ，王秋生 ，李 勇 ，邹福林 3
3
2
1，2
（1. 交通运输部公路科学研究院 桥梁隧道研究中心，北京 100088；2. 北京工业大学 建筑工程学院，北京 100124；
3. 中铁十一局集团有限公司，湖北 武汉 430061）

摘要：针对粗粒土-黏性土混合物的冲刷特性与无黏性土、黏性土的不同，采用冲刷函数测定仪对三种重塑粗粒
土-粉质黏土混合物进行了冲刷特性试验研究，分析了不同粉质黏土含量情况下三种混合土体冲刷速率和起动切
应力的变化规律，根据冲刷速率和起动切应力的取值确定了三种混合土体临界黏性颗粒含量的范围。随黏性颗粒
含量的增加混合土体的冲刷行为逐渐由无黏性变为黏性，基于这一特点，提出冲刷黏性度的概念，作为衡量混合
土体是否具有黏性冲刷行为的度量，考虑无黏性颗粒粒径和黏粒含量对混合土体冲刷特性的影响，给出冲刷黏性
度表达式，根据本文冲刷试验数据确定了表达式参数的取值，通过已有其他试验数据，验证了冲刷黏性度表达式
的合理性和准确性。
关键词：冲刷；混合土体；起动切应力；临界黏性颗粒含量；黏粒含量；冲刷黏性度
中图分类号：TU442 文献标识码：A doi：10.13243/j.cnki.slxb.20200303

1 研究背景

岩土类材料的冲刷是造成河岸迁移、桥墩冲刷破坏、土石坝溃决以及水库淤积等工程问题的主
要原因 ［1-2］ 。无黏性砂砾和黏性土是土体冲刷特性研究的主要对象 ［3-6］ 。然而，许多自然环境下，无黏
性砂砾和黏性土并不是单独地存在，而是以混合物的形式分布 ［7-8］ 。近年来，混合土体冲刷特性研究
［2］
［9］
主要针对砂土-黏性土混合物展开 ，砾石-黏性土混合物的研究较少 。混合土体的冲刷过程涉及许
多复杂的物理和化学过程，重塑土在制样时可以对其成分和性质进行控制，采用重塑土可以更好地
研究混合土体冲刷特性的影响因素和演化规律 ［10］ 。
泥沙沉积工程中，土颗粒粒径大于 2 mm 的为砾石，颗粒粒径范围 0.063～2 mm 的为砂粒，颗
粒 粒 径 范 围 0.004～0.063 mm 的 为 粉 粒 ， 粒 径 小 于 0.004 mm 的 颗 粒 为 黏 粒 ［11］ 。 文 中 颗 粒 粒 径 小 于
0.063 mm 的粉粒和黏粒统称为黏性颗粒（粒径小于 0.063 mm 的颗粒），黏性颗粒含量（p ）是指混合土
m
体中黏性颗粒所占的质量百分比，黏粒含量（p）是指混合土体中黏粒（粒径小于 0.004 mm 的颗粒）所
c
占的质量百分比。
不同于砂砾和黏性土，随着黏性颗粒含量的变化，混合土体表现不同的冲刷行为，临界黏性颗
粒含量是判断混合土体冲刷行为的重要参数。研究发现，无黏性砂砾中加入少量的黏性土，其冲刷
特性会发生明显的变化，随着黏性土含量的增加，混合土体的抗冲刷性能增强，冲刷速率降低，混
合土体表现出黏性土的冲刷特性 ［12］ 。基于试验研究，学者们给出了混合土体冲刷特性由无黏性转变
［13］
为黏性时对应的黏性颗粒含量范围，并定义为临界黏性颗粒含量（p ）。Alvarez-Hernandez 通过砂
mc
土-黏土混合物冲刷特性试验，指出黏粒含量范围在 5%～15%时，砂土-黏土混合物的冲刷特性由无
收稿日期：2020-05-03；网络首发时间：2021-01-13
网络首发地址：https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1882.TV.20210112.1102.001.html
基金项目：中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目（2020-9032）；国家自然科学基金项目（51679003，51538001）；
交通运输部公路科学研究所（院）科技创新专项资金项目（2019-C505）；山西省交通科技项目（2017-1-6）
作者简介：高晓静（1990-），博士，助理研究员，主要从事土体冲刷特性、隧道及地下工程围岩稳定性等研究。
E-mail：xiaojing.gao1990@foxmail.com
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