Page 106 - 水利学报2021年第52卷第5期

曲线。从图 7 可以发现，经历 1 次冻融作用后，各掺砾量的渗透系数均有所增大，增大幅度随着掺砾
量的增大而增加。以 30%掺砾量为界，再次考察试验数据可见，在未经冻融前，渗透系数表现为：
50%掺量>10%掺量>30%掺量；而经过 1 次冻融后，10%和 30%掺量的渗透系数已十分接近。值得注
意的是，在低中掺砾量情况下（10%和 30%），这种由于冻融作用引发的渗透性增大效应在低围压下比
较显著，在较高围压时（＞400 kPa）时不再显著；而对于高掺砾量（50%）的试样，即使高围压时，冻
融前后的渗透系数仍存在较大差距。可以推测，掺砾量对渗透特性冻融演化规律的影响在高低围压
下表现得并不一致，这可能与压实试样内部的土-石结构分布密切相关。

（cm · s -1 ） （cm · s -1 ）

渗透系数/ 渗透系数/

图 7 不同掺砾量试样经历 0 和 1 次冻融作用后
图 6 掺砾黏土渗透系数随掺砾量的变化关系（未冻融）
渗透系数随围压的变化关系
对此，分别对 3 种特征掺砾量（10%、30%和 50%）的试样开展横断面 CT 扫描如图 8 所示。从图 8
可以发现：10% ~ 30%掺砾量下的土石结构比较类似，砾石都悬浮于黏土基质中；而 50%掺砾量时，
砾石与砾石之间开始接触，逐渐形成骨架并存在大量的土-石结合面。结合前面的试验结果可知，冻
融作用将主要体现在对黏土孔隙和土-石结合面的影响。

（a）10% （b）30% （c）50%
图 8 特征掺砾量试样的土石结构分布 CT 横断面
对于 10% ~ 30%中低掺砾量范围的试样，随着掺砾量的增加，黏土含量逐渐减小，冻融对黏土
基质孔隙的影响也将是逐渐减小的，但冻融 1 次后，30%掺砾量的试样出现了渗透系数从未冻融时的
最小增加到最大的现象，说明 30%掺砾量时黏土与砾石结合面的黏结程度在冻融作用下比 10%掺砾
量时发生了大幅度衰减。掺砾量越高，试样中黏土所占的比例越少，土-石界面表面积越大，渗透性
薄弱的土石结合面也就越多。在高围压情况下，冻融作用撑大的黏土基质孔隙在应力作用下逐渐密
闭愈合，渗透系数逐渐减小；由于土石介质的弹性不匹配性，土-石结合面的冻融损伤影响较难恢
复。因此，出现高围压下渗透系数出现 10%掺量<30%掺量的情况。此外，50%掺砾量的试样在经历 1
次冻融作用后，渗透系数增大幅度最大，主要是因为 50%掺砾量时，砾石与砾石之间开始接触，具
有大量的土石结合面，并逐渐形成骨架-空隙结构，此时渗透系数的大幅度增加主要是由于冻融作用
严重破坏了土-石结合面，形成了大量不可恢复的接触面裂隙渗透路径。
4.4 初始含水率的影响 常规渗透试验（测量饱和渗透系数）不需要考虑初始含水率对试样渗透特性
的影响，因为初始孔隙比一致，不同初始含水率的土样其饱和渗透系数基本一致。若经历冻融作
用，则土样内部冰晶生长及冷生结构的形成会导致土样中孔隙体积增加，土颗粒受到挤压并形成新
的土骨架结构，因而在冻融过程中需考虑初始含水率对试样渗透特性的影响 ［20］ 。图 9（a）为不同初始
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