国外反滤准则研究现状

当前，国外也仅仅对单向稳定渗流的反滤问题研究较多，故先讨论这种情况，其他水流情况仅简要地述及。

（1）Calhoun准则。美国水道试验站（WES）的Calhoun在1972年根据太沙基的粒状滤层保土准则引申到土工织物上，建立了最早的土工织物保土准则。其公式为

这个公式适用于均匀土（cu＜2）。由于没有考虑被保护土的“土拱效应”，因此求得的表观孔径比较小，在保土方面偏于安全，而透水性恐嫌不足。

（2）Giroud准则。J.P.Giroud是研究反滤设计准则较多的学者。他在1982年提出了考虑被保护土的cu值和密实度的无黏性土保土准则。该准则以土的平均粒径d50为基本指标，列出了无黏性土在静荷稳定流的条件下，表观孔径O95的控制公式，如表4.1所示。

表4.1　Giroud准则

对于动力水流，Giroud的保土准则为

当cu≤18时，n=1；当cu＞18时，，即n＜1。

由此可见，动力水流下的O95应小于稳定静力水流的值。

（3）FHWA准则（美国联邦公路局准则）。它是根据1985年Christopher和Holtz准则演变过来的。这也就是我国SL/T 225—98《水利规范》中推荐的公式，这个公式也没有考虑“拱效应”，因而也偏于保守，因为只要两个土粒不同时通过织物的同一孔眼，土层即稳定，因此n值似应取2.0而不是1.0。

（4）AASHTO准则（美国公路与运输管理协会准则，1991）这是最简单的准则。

当0.075mm≤50%时，O95＜0.60mm；当0.075mm＞50%时，O95＜0.30mm。

还有一些公式则直接将织物的孔径与土的特征粒径相比较，并提出公式：

（5）PSD准则（即孔径分布准则）。1990年G.R.Fischer针对不同土类提了该准则，它也是由传统的粒料滤层保土准则来的，且未考虑“拱作用”，故仍偏保守，其准则如下。

1）保土准则：见表4.2。

表4.2　PSD保土准则

2）透水性要求。透水性要求一方面要考虑等效孔径的大小，同时还要考虑孔隙率的数值。对于无纺织物，孔隙率n≥30%，对于有纺织物，开孔面积比POA≥4%～20%。

（6）德国准则。这是在1982～1986年Heerton提出的准则基础上改进的准则。

图4.3　基于d15的土工织物滤层准则

图4.4　基于d50的土工织物滤层准则

静荷单向水流下的保土准则。首先将土分为稳定土和有问题土（非稳定土）。具有以下几条件者，为有问题土。

1）塑性指数＜15，或（黏粒含量/粉粒含量）＜0.5。

2）粒径介于0.2mm和0.1mm之间的粒组占5%以上。

3）不均匀系数cu小于15，并含有黏粒和粉土，但缺乏中间粒径的土。

可以看出，有问题土（非稳定土）多是指粉粒多、颗粒细、黏聚力小的土。而稳定土则多是纯砂、无黏性土和高塑性土。具体的准则如下所述。

1）对d50≥0.06mm的土，在“静力加荷条件和非紊流”下，Dw＜2.5d50和Dw≤d90，当U＞5和d50＜Dw≤d90时。

2）对d50≥0.06mm的土，在动力加荷条件下：Dw＜d50。

3）当土的d50＜0.06mm，在各种荷载下，Dw＜10d50和Dw＜d90，以及Dw＜0.1mm。

其中Dw为土工织物滤层有效孔径，相当于O90。(www.xing528.com)

Dw系织物的特征孔径，其测定方法采用湿筛法：即对有纺织物用宽级配干砂100g，对无纺织物用300g，振动15min，把通过织物的土粒进行粒径分析，定出D90，即Dw，其值相当于美国AOSO90的0.75。

（7）法国准则。该准则考虑土的级配和密度等因素，比较周全。其特征粒径Ot采用动力水筛法测定，动力过筛24h，砂粒在水中上下运动，Ot=O95。该式仅适合于水力比降小于5，当比降为5～20时，织物孔径值要减小20%；当比降大于20或双向水流条件下，则要减小40%。

（8）荷兰准则。荷兰准则最早由Delft水力研究所这个著名的水利部门提出，后也被交通与建工部门采用。当稳定单向水流时，其保土准则为

O90由干筛法测定，用50g干砂每次振动5min。

当非稳定水流下，但土是内部稳定的（cu＜10），则保土准则为

若非稳定水流下，且土是内部不稳定的，则保土准则为

从上述介绍的几种准则可以看到，不同准则所用的等效孔径是不同的，它们所对应的试验方法也不同。为了给读者一个粗略的概念，表4.3中列出了这些等效孔径的相互关系，以作参考。

表4.3　各种试验求得的孔径的关系

至于双向往复水流的情况，各国的准则列于表4.4～表4.6中。我国对双向水流情况下的反滤准则的研究情况，将在4.3.3节中叙述。

表4.4　荷兰准则（双向水流保土）

表4.5　德国准则（双向水流保土）

表4.6　法国准则（双向水流保土）

【例】　下面对上述4种准则作个比较。4种织物的等效孔径列见表4.7。已知一路堤底部有一层粗粒排水层，拟用土工织物作为反滤材料。预计的水力比降小于5。试从表4.7所列的4种织物中选择可用于反滤的土工织物（该土的cu=5，d50=0.08mm，d85=0.21mm）。

表4.7　4种织物的等效孔径

1）美国FHWA准则。根据被保护土的颗分曲线，得d50=0.08mm＞0.075mm。故保土准则为

2）荷兰准则。

3）德国准则。根据颗分曲线0.02mm＜d50=0.08mm＜0.1mm，表明该土为有问题土。又d50=0.08mm＞0.06mm，故采用

和Dw＜0.29mm，即Dw＜0.223mm。

4）法国准则。由于土的cu＞4，且水力比降小于5，故应当用

根据表4.7的资料，能满足保土要求的织物如表4.8所述。

表4.8　按不同准则选择的适用的土工织物

可见荷兰准则要求最为宽松。