【摘要】土体的渗透性代表了孔隙水在土孔隙之间发生渗流运动的性能，其对土体内部的排水固结速率、土体中的各项排水措施以及工程的安全评估有着显著的影响。实际工程中，不同类型的土样在不同的外荷载环境下其渗透特性具有明显的差异，因此，对目前取得的各种土样在不同外荷载环境下的渗透特性问题进行综述，可为安全建设提供相应的工程指导。

【关键词】土样;渗透特性;荷载作用     【中图分类号】TJ205   【文献标识码】A       【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.36.117

1、引言

土体的渗透性代表了孔隙水在土孔隙之间发生渗流运动的性能，其对土体内部的排水固结速率、土体中的各项排水措施以及工程的安全评估有着显著的影响。土体中的渗透性主要受外力条件、水力条件和砂样如粒径级配、初始含水率、初始密度等自身性质的影响。

工程中，不同类型的土样的渗透特性具有明显的差异，砂石颗粒间由于通常不存在黏聚力，因此荷载对其渗透过程影响相较于粉土、粘土更加显著;位于我国南海海域附近的钙质砂保留有海洋生物骨架中的大量微小孔隙，内孔隙含量较多，易在外荷载下产生破碎，这也使得其与一般陆相沉积物的渗透特性有着明显不同。

因此，为了维护国家利益，促进国家经济发展，以往学者深入探究各种土样在不同外荷载环境下的渗透特性问题，为工程安全建设提供了大量工程指导和科学保障。

2、静态渗流问题

目前静态渗流问题研究主要集中在砂样不同的物理参数和水力条件对其渗透系数大小的影响上的。

2.1级配对砂样的渗透性的影响

朱崇辉等通过石英砂渗透系数随不均匀系数、曲率系数、孔隙比的变化规律，建立了石英砂渗透系数模型。针对钙质砂，任玉宾研究发现其他物理量保持不变，在钙质砂为单一粒径时，钙质砂的渗透性随着粒径的增大而增大;钱琨通过探究有效粒径d10、孔隙比e、颗粒级配对钙质砂渗透性的影响，拟合出鈣质砂渗透系数计算的经验公式。值得一提的是，大多数学者通过试验探究发现，钙质砂的渗透系数会随不均匀系数Cu的增大而增大，而胡明鉴进行现场双环渗透试验中却发现与此相反的结论。

2.2 粒径大小与密实度对砂样渗透性的影响

郭庆国研究了不同粗颗粒含量下石英砂的渗透性变化关系，发现粗颗粒含量对砂样的渗透性能存在显著影响，当含量大于40%后，石英砂的渗透性与粗颗粒含量呈正相关，并且在粗颗粒含量为65%～75%内的某点，渗透系数会随粗颗粒含量的增加而出现激增;崔翔等针对细小颗粒随渗流作用移动问题研发了相关试验装置，并且通过试验表明随着粒径小于等于0.075 mm的颗粒含量增加，钙质砂渗透系数总体呈减小趋势;孔令伟则研究发现当砂土中粒径小于0.075 mm的颗粒质量占比低于10%时，渗透系数会随细颗粒的增加而急剧减小。

胡明鉴研究发现钙质砂的渗透系数会随着干密度的增大呈指数规律增大;钱琨通过试验证实相同级配的钙质砂随着孔隙比的增大，渗透系数也随之呈指数增大规律。

2.3 颗粒形状对砂样渗透性的影响

钙质砂颗粒自身形状结构复杂多变，为了对颗粒几何形状进行具体分析，陈海洋等通试验测试，发现钙质砂颗粒形状的分形特征明显，并且其分型特性会随着砂样粒径的减小而逐渐增强;任玉宾探究颗粒形状与渗透性之间的关系，分析在相同相对密度Dr下，不同砂样的渗透系数大小，最终获得的渗透系数结果为：钙质砂<标准砂<人造玻璃珠;邱珍锋引入球形度参数对粗粒土颗粒形状进行判定，球形度越高的土粒，棱角度越弱，渗透性越强。

3、外荷载作用下的渗流问题研究

砂样在受到外力荷载作用下时，由于内部结构的变化，其渗透性能将会发生明显改变，对于不同的外荷载，土体的渗透性能变化也不同。

3.1 轴向应力对砂样渗透变形特性的影响

师旭超通过进行渗透固结试验，探究饱和软粘土在外荷载作用下的渗透特性问题;蒋中明发现应力状态是影响砂砾石土的渗透变形特性的关键因素，即土体承受的约束应力越大，渗透破坏所需的临界水力梯度值越大;付宏渊等发现当砂样的初始孔隙比较大时，荷载的作用会使其渗透系数相较于其他密实度较大的试样迅速下降，但随着荷载作用下砂样压实度的不断提高，渗透系数的减小速率将会逐渐放缓。

3.2 振动作用与剪切应力对砂样渗透变形特性的影响

万良勇等通过改进常用的动三轴仪，研究饱和砂土在保持稳定渗流的条件下振动作用对稳定性的影响。研究发现同样的外力作用下，饱和砂土水力梯度值越大，饱和砂土抵抗动力荷载变形作用的能力越低;繆姜燕等通过对软黏土进行振动试验，发现软黏土的渗透系数会随着荷载振次的增多而非线性减小，会随着荷载的振动频率提高以幂函数的形式来衰减，另外，在试验过程中如果砂样的渗透压升高，砂样渗透系数也会随之产生指数衰减。雷红军等发现黏性土在发生较大轴向应变时渗透特性产生规律性变化，在剪切试验的起始阶段，试样的渗透系数迅速减小，而后随着轴向位移的不断增加，其变化程度逐渐减小，渗透系数值最终趋于稳定。

3.3 冲击作用对砂样渗透变形特性的影响

Ueng等將渗透试验与冲击液化试验相结合，用于直接评估饱和砂土液化前、液化中和液化后渗透性变化。渗透破坏试验表明：太沙基理论方程可以很好地预测砂土试样砂沸的临界状态，液化试验表明：液化时砂的渗透性约为初始值的4倍，而超孔压完全消散和完全沉降后约为初始值的0.9。此外，试验结果表明，只有液化现象发生时才会引起砂样明显沉降，而非液化状态下砂样几乎没有沉降产生。

结论：

目前针对土体的渗透特性研究结果丰富，总结以往学者成果，得到的主要结论如下：

（1）砂样的渗透性会随自身物理参数影响而发生改变，根据有效粒径d10、孔隙比e、颗粒级配等对砂样的渗透特性影响，拟合出砂样渗透系数计算的相应经验公式，并且发现相同相对密度Dr下，不同砂样的渗透系数大小显著不同，不同砂样的颗粒形状不同，通过研究发现，球形度越高的土粒，棱角度越弱，渗透性越强;

（2）土体所受的外荷载不同，其渗透性能将会发生不同的改变，当荷载作用使得砂样的孔隙比减小时，其渗透系数也会逐渐减小;而当砂样在外荷载作用下发生液化时，液化状态下砂样的渗透性将会显著增大。

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作者简介：

黎晓冬（1996—），女，汉族，山东菏泽人，硕士研究生，研究方向：岩土工程。