Effects of gravel on moisture infiltration characteristics in highly weathered dolomite spoil

Yan Keyu; Wang Daoxiang; Chen Zhengfa; Mao Yanjun; Chen Pingping; Guo Yiwei; Liu Huimei

doi:10.13961/j.cnki.stbctb.2025.03.002

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Effects of gravel on moisture infiltration characteristics in highly weathered dolomite spoil

Experimental Researches

- Effects of gravel on moisture infiltration characteristics in highly weathered dolomite spoil
- Bulletin of Soil and Water Conservation Vol. 45, Issue 3, Pages: 16-24(2025)
- 作者机构：
  
  1.云南农业大学水利学院，云南昆明 650201
  2.中国电建集团昆明勘测设计;研究院有限公司，云南昆明 650201
  3.云南省滇中引水工程建设管理局，云南昆明 650224
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13961/j.cnki.stbctb.2025.03.002
  CLC： TU4;S152.7
- CSTR：32312.14.stbctb.2025.03.002.
- Received：20 December 2024，
  
  Revised：2025-01-17，
  
  Published：10 June 2025
- 稿件说明：
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颜科宇, 王道祥, 陈正发，等.砾石对强风化白云岩弃渣土体入渗特性的影响[J].水土保持通报,2025,45(3):16-24.

Yan Keyu, Wang Daoxiang, Chen Zhengfa, et al. Effects of gravel on moisture infiltration characteristics in highly weathered dolomite spoil[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation,2025,45(3):16-24.
颜科宇, 王道祥, 陈正发，等.砾石对强风化白云岩弃渣土体入渗特性的影响[J].水土保持通报,2025,45(3):16-24. DOI： 10.13961/j.cnki.stbctb.2025.03.002. CSTR： 32312.14.stbctb.2025.03.002..

Yan Keyu, Wang Daoxiang, Chen Zhengfa, et al. Effects of gravel on moisture infiltration characteristics in highly weathered dolomite spoil[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation,2025,45(3):16-24. DOI： 10.13961/j.cnki.stbctb.2025.03.002. CSTR： 32312.14.stbctb.2025.03.002..

摘要

目的

探究砾石对强风化白云岩隧洞开挖弃渣土体水分入渗特性的影响，为大型输水隧洞开挖弃渣场安全稳定性评估提供科学依据。

方法

通过室内模拟土柱入渗试验，采用一维垂直定水头入渗法，以无砾石为对照（CK），研究3种砾石粒径（2~5 mm，5~10 mm，10~20 mm）和4种砾石含量（10%，20%，30%，40%）条件下强风化白云岩弃渣土体湿润锋运移及水分入渗速率变化，并对其入渗过程进行拟合和适用性评价。

结果

与CK处理相比，含砾石的弃渣土体在相同时间下湿润锋运移深度、水分入渗各参数及累计入渗量显著降低，初始、稳定、平均入渗速率及累计入渗量分别减小了17.34%~68.67%，6.45%~51.94%，28.51%~73.06%和6.74%~49.42%（

0.05）。砾石对弃渣土体水分入渗过程表现出显著的阻滞效应，其中砾石粒径对其无显著影响（

0.05），而砾石含量的影响显著（

0.05），随着砾石含量的增加，砾石对弃渣土体水分入渗的抑制效果呈阈值特征。当砾石含量超过30%时，入渗参数随砾石含量增加的变化不再显著（

0.05）。基于3种典型入渗模型的拟合度及参数模拟值的实际物理意义进行综合分析表明，Horton模型在模拟强风化白云岩弃渣土体水分入渗过程中优于Kostiakov和Philip模型。

结论

砾石含量是抑制强风化白云岩弃渣土体水分入渗的主要因素，Horton模型对其入渗过程的拟合具有最佳适用性。

Abstract

Objective

The effects of gravel on the moisture infiltration characteristics of excavation spoil in highly weathered dolomite tunnels were investigated， in order to provide a scientific basis for evaluating the stability of safe spoil disposal sites while excavating large-scale water diversion tunnels.

Methods

Indoor simulated soil column infiltration experiments were conducted using a one-dimensional vertical constant-head infiltration method， with gravel-free conditions as controls （CK）. This study examined the movement of the wetting front and variations in moisture infiltration rates with three gravel particle sizes （2—5， 5—10， 10—20 mm） and four gravel contents （10%， 20%， 30%， and 40%） in a highly weathered dolomite excavation spoil， while also fitting and assessing the applicability of the infiltration processes.

Results

Compared to the CK treatment， including gravel in the spoil significantly reduced the depth of the wetting front movement， moisture infiltration parameters， and cumulative infiltration amounts under identical time conditions. The initial， steady， and average infiltration rates and the cumulative infiltration amounts decreased by 17.34%—68.67%， 6.45%—51.94%， 28.51%—73.06%， and 6.74%—49.42%， respectively （

0.05）. Gravel had a significant hindering effect on the moisture infiltration process in the spoil， with particle size showing no significant influence （

0.05）. Meanwhile， gravel content had a significant impact （

0.05）. As the gravel content increased， the suppression of moisture infiltration showed a threshold effect. When the gravel content surpassed 30%， the changes in the moisture infiltration parameters became non-significant with further increases in gravel content （

0.05）. A comprehensive analysis of the fitting degrees of the three typical infiltration models and the physical significance of the simulated parameters indicated that the Horton model was more effective than the Kostiakov and Philip models in simulating moisture infiltration in a highly weathered dolomite excavation spoil.

Conclusion

The gravel content was a primary factor in suppressing moisture infiltration in highly weathered dolomite excavation spoils. The Horton model showed the best applicability for fitting the infiltration process.

关键词

Keywords

references

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