1、中文 3200 字 出处： X. B. L U, Cui P. A study on water film in saturated sandJ. International Journal of Sediment Research, 2010, 25(3):221-232. 关于饱和沙中水膜的研究 LU X. B and CUI P 摘要 ： 水膜可以作为一种滑移的表面在缓坡上引起山体滑坡。饱和沙中水膜的研究 发展是通过 quasi-three-phase 模型由数值分析和理论分析得以发展。研究发 现：如果在液化沙柱下抑制（ choking）状态（流体流速几乎减少到零时）保持 稳定，那么稳定
2、的水膜就开始产生并发展。在水膜形成后，突变可能发生在孔隙 水流速，颗粒流速和孔隙水压力。然而，当抑制（ choking）状态发生改变的时 候，突变和水膜可能会消失。水膜形成的关键是由于细沙的侵蚀在沙柱中形成的 抑制（ choking）作用。 关键词 ： 饱和沙，水膜，液化作用 一、 简介 包含了隔水层的沙子中的水膜概念最先是由 Seed 提出来的，当时他是为了 解释在地震中观察到的山体滑坡。这个水膜可以被认为是沙石液化后山体滑坡的 滑动面。这个斜面可以在缓坡引起山体滑坡和泥石流。饱和沙中的水膜是水盖层 （ water gap），归因于沉积物的渗透能力不均匀，沉积物中的孔隙水被渗透能力 较差的土
3、层吸收。沙粒不能够再支撑了，他们在有效应力低于 0 的条件下悬浮 （ Scott， 1986），最后他们终将沉淀下来，因为他们的密度比水大。由于水必须 在沙粒周围向上流动这个事实，所以沉淀的概率是被限制（ Boss and dey 2009）。 如果在可液化沙沉淀层上面成层铺上渗透能 力相对较差的土壤，那么，铺在沉淀 层上的土壤可以限制孔隙水从中穿过。如果在沉淀层之间没有向下排水系统，由 于连续行，在接触面上水流向上运动和沙粒的沉淀必须和在液化沙面上的沉淀速 度相等（ Fiegel and Kutter,1994）。因此，以水盖层形式集聚的水在接触面上 形成。 Feigel and Kutte
4、r (1994) and Malvick et al. (2008) 进行离心机震 台实验来展示在呈层分布的沙中水膜的形成。更近一些的实验， Kokusho (1999) 通过使用包含无塑性淤泥沙样品展示 震动台实验。 Kokusho 的实验说明：水膜形 成在淤泥层下面。既然这样，沙柱受到了模拟地震的横向动态荷载。通过实验对 在饱和沙的垂直柱体（包括在圆柱体中）中的水膜的形成的观察已经由 Zhang et al. (1999) and Peng et al. (2001)发表并报道。在这两个情况下，准备沙样 时候，在把相同的湿沙持续的放入水柱的时候要格外小心，要避免意外的分层。 然而，小规模的
5、不均匀始终存在。这是由于不一致的沉降速度导致。 历史上的这些实验显示液化是水膜发生和生长的必要条件。在 Zhang 的实验 中（ 1999），在一个圆柱体中的沙柱收到垂直方向的影响。同时也发现：当沙子 液化沉降后，饱和沙的不均匀性会加剧。水膜发生在细沙集聚的地方（如图 1）。 在 Malvick et al. (2008)的离心机实验中，一个分层边坡发生抖动。一层 薄薄的渗透速率为 0.00003mm/s 的淤泥层嵌在边坡上。 其余由渗透速率为 0.00005m/s 的内华达沙组成。这也就表示着：震动后，孔隙水压力和位移的最 大值都是发生在粉砂粘土中（如图 2）。这表明：水膜在粉砂粘土层形成是
6、由在 这一段的净水流入量导致的高孔隙水压力造成的。低渗透能力粉砂粘土在水膜形 成中起着重要的作用。 另外， Zheng et al. (2001), Lu et al. (2006)分析后发现：水膜只能存 在于细沙层。 Malvick et al. (2006)用这个地域性的概念来讨论了水膜的产生 和发展。 在饱和沙中水膜的形成机制，尤其是在有均匀空隙分布的沙中，是一个过程， 但是还没有被广泛的调查研究。这份论文是在以上结果的基础上，进一步的分析 水膜形成的机制。 在这篇论文中，提出了用 quasi-three-phase 模型来描述液化沙的运动情 况。尽管一个完整的描述是不可能的，但是一个简单的经验模型会被用来定性的 解释实验中观察到的特征。然后，理论分析和数值模拟将被用来了解水膜的机理。 二、提出问题 图 3.展现了一个垂直的沙层，这沙层中只有垂直方向上饱和孔隙水和其他 参数的变化。 X 轴方向向上（图 3）。 下文中给出了一个简化的 q
