Page 74 - 水利学报2021年第52卷第3期

黏性变为黏性。Mitchener 等 ［12］ 和 Houwing ［14］ 根据其研究结果得出混合土体临界黏性颗粒含量的范围分
别为 3%～15%和 20%～30%。Van Ledden 等 ［11］ 认为采用临界黏粒含量来判断混合土体冲刷行为由无
黏性转为黏性更为准确。
相同水流强度条件下，无黏性土的冲刷速率可以高出黏性土两个数量级。合理预测混合土体的
冲刷速率，需要根据临界黏性颗粒含量的范围，正确判断混合土体的冲刷行为。目前临界黏性颗粒
含量的取值范围主要根据试验现象和试验结果定性给出，基于砾石-黏性土混合物冲刷试验研究匮
乏，有必要开展相关混合土体临界黏性颗粒含量的研究。混合土体冲刷行为主要根据砂粒、粉粒和
黏粒含量进行分区判断 ［11］ ，缺乏衡量混合土体冲刷行为的物理量。本文应用冲刷函数测定仪，对三
种粗粒土-粉质黏土混合物进行了冲刷特性试验，研究了三种混合土体冲刷速率和起动切应力的变化
规律，得出临界黏性颗粒含量的范围，提出了混合土体冲刷黏性度的概念，基于试验数据确定了冲
刷黏性度的计算表达式。

2 冲刷特性试验

2.1 试验制备与方案 试验测试的三种混合土体由粗粒土和黏性土组成。粗粒土选用中值粒径为
1.5 mm 的均匀石英砂以及粒径为 5.5 mm 和 7 mm 的均匀砾石，无黏性砂砾的中值粒径用 d 表示。黏性
s
土选用北京某地铁施工现场的粉质黏土。采用激光粒度分析仪测定粉质黏土的粒径分布，粒径级配
曲线如图 1 所示，粉质黏土中值粒径为 0.0164 mm，砂粒含量为 17%、粉粒含量为 59%，黏粒含量为
24%，黏性颗粒含量为 83%。使用液塑限联合测定仪测得粉质黏土的液限为 32%，塑限为 17%，塑性
指数 I 为 15%。采用击实仪测得粉质黏土最优含水率为 13.63%，最大干密度为 1937 kg/m 。
3
p
为得到较为均匀的试样，采用固结的方式制备土样。将现场取回的粉质黏土烘干后磨碎，过
2 mm 的筛子，将粉质黏土与粗粒土按一定比例混合，得到干燥的粗粒土-粉质黏土混合物，混合土
体中粉质黏土的质量百分比称为粉质黏土含量（p ）。取适量的自来水倒入混合土体中，均匀搅拌至
sc
稠状并静置 24 h，将稠状混合物倒入固结仪中进行排水固结，固结压力设置为 100 kPa，当试样在 24 h
内的固结变形量小于 0.01 mm 时，固结完成。用 Shelby 试样筒从固结仪中取出已固结好的试样，进行
冲刷试验，固结仪中剩余的土样用以测量混合土体的物理力学参数：密度ρ，含水率 w，干密度ρ 和
d
孔隙比 e，结果如表 1 所示。

表 1 试验方案及混合土体物理力学参数

混合土体 试样编号 p sc/% d s/mm ρ/(kg/m ) 3 w/% ρ d/(kg/m ) e
3
1 0 1.5 1714.9 14.00 1504.3 0.76
2 20 1.5 2082.2 13.71 1831.1 0.45
G1 3 22.5 1.5 2170.3 14.11 1901.9 0.39
4 25 1.5 2204.2 13.20 1947.2 0.37
5 30 1.5 2257.9 13.91 1982.2 0.34
1 0 5.5 1919.9 11.00 1729.7 0.53
2 20 5.5 2332.8 10.79 2105.5 0.26
G2 3 30 5.5 2491.1 10.99 2244.4 0.19
4 32.5 5.5 2473.3 11.34 2221.4 0.20
5 35 5.5 2368.9 10.76 2138.8 0.25
1 0 7 1995.2 11.00 1797.5 0.47
2 20 7 2362.9 8.16 2184.7 0.22
G3 3 30 7 2530.3 11.67 2265.9 0.18
4 32.5 7 2431.4 10.09 2208.6 0.21
5 35 7 2469.6 12.69 2191.3 0.22
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