2018年 5月上
第 47卷 第 9期 施 工 技 术 CONSTRUCTION TECHN0L0GY 61
DOI：10．7672／s s201809O061
基 于 分 形 理 论 的 隧 道 砂 土 层 渗 透 率 快 速 测 定 研 究 术
赵 芳 芳 ，梁 冰 ，盖 迪 。，王 万 德 ，金 佳 旭 ，董 擎
(1．辽宁省交通高等专科学校建筑_T-程系，辽宁 沈阳 110122；2．辽-7工程技术大学力学与工程学院，
辽宁 阜新 123000；3．辽宁省交通规划设计院，辽-7 沈阳 110111)
[摘要]为研究隧道开挖过程中，流体在砂土中的渗流特征并对砂土渗透率进行快速估算，采用砂土渗透试验与分
形理论相结合的方法，研究不同级配条件下影响砂土渗流特征的主要因素以及砂土渗透率与砂土分形维数 D之间
的关系。结果表明：渗透率对砂土细小颗粒的比例非常敏感，渗透率随细小颗粒比例的增加呈数量级式减小，砂土
介质的分形维数与渗透率之间呈负指数关系，通过验证证明分形维数计算渗透率具有较高精度，因此，可供工程实
践中快速估算砂土渗透系数和配制有特定渗透性要求的砂土时使用。
[关键词]隧道；砂土层；分形理论 ；渗透率；测试
[中图分类号]U452 [文献标识码]A [文章编号]1002 8498(2018)09—0061-04
Investigation on Perm eability of Tunnel Sands Based on Fractal Theory
ZHAO Fangfang ，LIANG Bing ，GAI Di ，WANG Wande ，JIN Jiaxu ，DONG Qing
(1．Liaoning Provincial College ofCommunications，Liaoning，Shenyang 110122，China；2．School ofMechanics and
Engineering，Liaoning Technical University，Fuxin，Liaoning 123000，China；3．Liaoning Provincial Communication
Planning and Design Institute，Shenyang，Liaoning 1 tO1 1 1，China)
Abstract：To study the percolation features of the fluid in the sand and quickly estimate soil permeability
in the proceSS of tunnel excavation，permeability test and fractal theory are combined to research the main
factors affecting soil seepage features in different gradation conditions，as well as the relationship of sand
permeability and fraetal dimension． The results show that，tiny particles affect the soil permeability
obviously，and permeability is of magnitude reduction with the increase of tiny particles proportion．A
negative exponent relation between fraetal dimension and permeability is gotten，and it proves that using
fractal dimension to calculate permeability has high accuracy，which can be used in rapid estimation of
permeability coefficient and sands preparation with specific permeability requirements．
Key words：tunnels；sand layer；fractal theory；permeability；testing
0 引言
地铁 开 挖过 程 中 ，水 力 作 用下 的砂 土层 常 发 生
流砂 、管 涌等 水 文地 质 灾 害 。造成 流砂 与管 涌 现 象
的 主要 原 因 是 砂 性 土 粒 径 主 要 集 中 在 0．075 —
5mm，各粒 级 颗粒 相对 较 大 ，各 粒级 颗粒 之 间 由于 缺
少 细 颗粒 的填 充形 成 了相 对 较 大 的空 隙 ，因而 导 致
砂 性 土具 有 良好 的渗 透 性 。另 外 由于 砂 性 土 各 颗
粒 之 间 的连 接 主 要 靠 摩 擦 力 而 缺 乏 黏 性 土 之 间 的
黏 聚 力 ，因而 在较 高水 头 压力 下 容 易 发 生 渗 透 稳 定
性 破 坏 ，因此 ，在地 铁 开 挖 中 ，对 砂 土 本 身 力 学 特 征
国家自然科学基金项目(51574145)；辽宁省交通高等专科学校科 研项目(Lnccky201611) 【作者简介]赵芳芳，讲师，E．mail：zffhello@163．corn 【收稿日期]2017-03-08；【修订13期]2017-11-08
有 了不 同的关 注 ，而渗 透 性 也 作 为 其 力 学特 性 的主
要考 虑 因素 ¨ 。
砂 土是 一 种 散 体 类 结 构 ，其 渗 透 特 性 由砂 土
的大 小 及 空 间排 列 关 系 决 定 。 松 散 颗 粒 堆 积 体 是
典 型 的多 孔 介 质 ，大 量 学 者 对 其 渗 透 规 律 进 行 了
研 究 ：如 Terzaghi公 式 ，A． Hazen 公 式 ，
Carman．Kozeny公 式 等 ，而 针 对 特 定 性 问 题 ，许
多学 者 进 行 了改 进 ，朱 崇 辉 等 通 过 对 不 同级 配
粗 粒 土 的渗 透 试 验 研 究 和 相 关 性 分 析 ，将 原 有 公
式 修 正 为 与 级 配 参 数 相 关 的 函 数 ；唐 晓松 等 ⋯ 利
用 神 经 网络 较强 的非 线 性 动 态 处 理 能 力 对 渗 透 系
数 进 行 预 估 ；徐 天 有 等 根 据 因 次 分 析 理 论 和 动
力平 衡 方 法 ，推 导 出 多 孔 介 质 的 渗 透 规 律 。 由 上
述 结 论 可 以看 出 ，在 不 同粒 径 与 不 同级 配 下 ，砂 土
施T技术 第47卷
具有 不 同的 渗 透 特性 ，冬 义 以 分 形 理 论
基于分形理论的隧道砂土层渗透率快速测定研究（论文）.pdf
