梯度比试验及其评述

4.5.1.1　试验方法

梯度比试验的实质，是对水流通过的沿程的水头损失及其变化进行分析，即将包含土工织物的土—织物滤层系统中的水头损失与在被保护土中的水头损失作比较，以判断织物滤层被淤堵的情况，它是在1972年由Calhoun提出的。后来被美国陆军工程师团所采纳，并提交美国材料与试验协会土工织物及有关产品委员会（ASTMD—35）。图4.14为梯度比试验装置示意图。

图4.14　判定淤堵的梯度比试验装置示意图

1—内径100mm透明圆筒；2—测压管；3—土工织物；4—排水口；5—连常水头水容器；6—排气口

试验开始时，把常水头脱气水接通装有土工织物及被保护土的渗透仪，读取各测压管水位的变化，并计算相应的水力梯度，取24h后的水力梯度，并按下式计算梯度比GR

式中：i1为织物及其上方25mm土样的水力梯度；i2为上方相邻的50mm纯土样中的水力梯度。(www.xing528.com)

若GR＜3，则表明滤层织物未曾被淤堵，相反，若CR＞3，且越来越变大，则表明i1与i2的差别也越来越大，也就是说，水流通过织物时的水头消耗越大，这表明织物淤堵情况越严重。试验应尽可能在接近实际的情况下进行，如对黏性土，则土样最好是不扰动的原状样，保持凝聚力不变；如果是砂性土则至少应保证其密度一致。同时在试验过程中不仅要测24h之内的水力梯度和通过的流量，还应随时观察和分析试验过程中i1与i2的变化。这里可能有几种情况：①流量随时间持续增加，表明织物的阻土性不良；②流量随时间略有增大，然后稳定，这是比较理想的情况，起始时流量的增大可能反映部分细颗粒的流失，从而使织物相邻的土体中“天然滤层”形成，以后就成为稳定的渗流状态；③流量随时间减少，最后达到一稳定值，此表明部分细粒的流失，并滞留在织物表面和内部，使滤层系统调整到一个新的平衡状态，滤层可以长期地工作；④渗流量随时间持续地减小，表明滤层系统发生了淤堵。

应当指出，据国外学者研究，若织物孔眼只有部分被淤塞，土工织物的透水能力并不会大幅度地降低，只有当70%～80%的孔眼被淤塞时，织物透水性才会明显地减小。

还应指出，24h的试验时间并不算长，真正要达到稳定状态，砂性土要200h，而对黏性土则需几十天，然而长时间的渗透试验会在系统内产生生物淤堵或化学淤堵，并且土样和织物中易积聚气泡，使试验的影响因素复杂化，因此应选择合适的试验持续时间。

4.5.1.2　对梯度比试验的评述

对梯度比试验的方法和防淤堵准则的应用，不少学者提出了质疑。他们认为，GR=3太大了，因为在实际情况下，GR值很少大于1.5（陆士强等，1994）。他们建议GR应在1.5以下，才能保证织物系统不被淤堵。

据辽宁省的经验，对于不发生淤堵的工程，GR值宜定在0.8以下（王殿武，2003）。但是也有学者认为GR=3偏小，应采用更大的界限值（陈轮、童朝霞，2001）。

对于梯度比试验的合理性也有不同的看法，Wilson-Fahmy（1996）对91个实际工程现场挖出的土工织物的性能测试后认为，应当用长期水力试验或导水率比试验代替梯度比试验来评判淤堵的程度；胡丹兵等（胡丹兵、陆士强，1994）发现，淤堵层不仅发生在土样底部25mm范围内，在被保护土上部表面25mm范围内也有细粒淤积现象，因此，以底部25mm与上部25mm的水力梯度的比值来反映淤堵的情况并不确切。Fannin等（1994）则提出了修正的梯度比定义：GRmod=i′1/i1。其中i′1为土工织物及其相邻的8mm土样的水力梯度；i1为织物上部25～75mm范围内土体的水力梯度。在淤堵问题上有一点比较公认的是，判断织物滤层能否长期工作最可靠的方法，是在尽可能模拟实际工程条件下进行长期渗透试验，试验时间可长达1000h以上，但过长的试验会引出生物淤堵和化学淤堵等问题，尤其当液体为垃圾填埋场的渗滤液时，它可能短期内会使渗透性降低80%（Fourie A B，1994）应予注意。

束一鸣（2000）对一种取自淮河的粉土采用针刺无纺织物作反滤，进行了梯度比试验，以研究淤堵情况。粉土的d85=0.07mm，cu=2.45，粉粒占52%。织物的表观孔径为O95=0.124mm。试验进行了约144h，结果表明，在不同的水力梯度下（i=7～22），GR=0.5～1.25，未发生不允许的淤堵。同时表明，当试验时间超过144h后，织物内的淤积量几乎不再变化了。由此看来，对目前流行的梯度比试验和防淤准则进行改进，是必要的。