砂箱弥散试验尺寸效应及弥散度尺度效应

作者：宫玥; 张敏^*; 任宇; 郭彩娟; 孙琳

来源：地球科学与环境学报, 2019, 41(06): 748-756.

• 砂箱
• 弥散试验
• 弥散度
• 尺度效应
• 尺寸效应
• 孔隙含水层
• 野外尺度
• 土体

砂箱弥散试验结果的应用受弥散度尺度效应及砂箱尺寸效应限制。为导向性分析砂箱尺寸效应和尺度效应对弥散度影响及二者关系,以中、细砂构建孔隙含水层,采用尺寸为1.0 m(长)×0.4 m(宽)×0.6 m(高)、0.5 m(长)×0.2 m(宽)×0.3 m(高)的大、小尺寸比为2倍的砂箱各两个,开展NaCl示踪砂箱弥散试验,观测分析10、20、30和40 cm等4个尺度的弥散度。结果表明:①小砂箱弥散度大于大砂箱,具体为(4.26±0.94)cm>(1.21±0.30)cm、(5.66±1.42)cm>(1.66±0.42)cm、(4.33±1.32)cm>(1.45±0.50)cm和(3.08±0.11)cm>(2.81±0.03)cm;②以大砂箱为表征,弥散度尺度效应为0.045 7;③与大砂箱相比,尺寸效应使小砂箱的弥散度分别增大(2.51±0.39)倍、(2.41±0.50)倍、(1.99±0.57)倍和(0.10±0.05)倍;④尺寸效应(Esize)和尺度(x)关系为Esize=0.153 2x-7.731 8。综上所述,砂箱尺寸越大,尺寸效应越小;尺度越大,尺寸效应越不明显。该研究为消除尺寸效应对砂箱试验测定土体弥散度影响,及实现砂箱尺度测得弥散度的野外尺度外推提供参考。

• 单位
  中国地震灾害防御中心; 中国地质科学院水文地质环境地质研究所; 中国地质大学（北京）