黏性土的起动问题是泥沙研究领域中尚未妥善解决的问题,这里主要存在的两个问题是黏性土的抗冲指标问题和起动标准问题。
流体力学对近底边界的研究表明,流体在近底床面上的剪切力具有不稳定的脉动。对于固结黏性土,其粒间结合力已占了主要的支配地位,这种结合力使颗粒联结成结构体。冲刷破坏时一般不是通过结构本身的破坏进行的,因为结构体间的黏着力小于结构体内部的结合力[5],故冲刷破坏多是通过结构体间的分离而发生的,当不稳定剪力场的峰值大于黏土颗粒结构体的黏结力时(但平均剪切力仍可小于此黏结力),这些土粒结构体就会被水流冲起,形成块状的间歇起动。因此,对于水库中固结密实黏性土的溯源冲刷,就不宜以床面上是否有个别土体脱离来作为起动破坏的临界标准,而应选取冲刷率有连续增大变化后的水流条件作为起动破坏的标准。因为对于为恢复库容而进行的水库冲刷问题来说,有实际作用的主要不是淤积面上可能发生的一些局部冲刷破坏,而是要掌握泥沙淤积体发生连续冲刷破坏的条件。
从以上的认识出发,以黄河花园口滩地淤泥作为试验代表土样,用不同干容重下的冲刷破坏剪切力作为反映土体抗冲能力的指标。按照上述对固结密实黏性土起动标准的认识,经水槽试验统计,得花园口黏性淤积物的临界起动剪切力公式为
式中:γd为淤积物干容重,g/cm3;τc为临界起动剪切力,g/cm2。(www.daowen.com)
试验中干容重变化范围为0.646~0.979g/cm3,从上式看出τc与γd成高次方的关系,这反映出固结密实程度(γd反映)对淤积物抗冲性的影响是很显著的。
虽然淤积物的干容重能较好地控制淤积物的抗冲性能,但考虑到在野外实测时,淤积物的干容重不易测得,故本文还探索了用袖珍十字板剪力仪进行不同γd下的剪切破坏试验,发现对于固结密实黏性土,其抗剪强度τ与γd之间存在有良好的相关关系,通过回归分析得到其试验关系式
式中:τ为淤积物抗剪强度,kg/m2;γd为淤积物干容重,kg/m3。
鉴于γt与τ之间具有较好的相关性,而用袖珍剪力仪测淤积物的抗剪强度又十分方便,所以可以通过测τ,再由式(2)求出了γd。通过试验中抽样校验,证实此法与烘干称重法测得的干容重结果十分接近。因此,对于同一种黏性淤积物,在饱和条件下,淤积物的抗剪强度与干容重一样能反映淤积物的抗冲刷能力。
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