提高渗透试验质量技术措施解析.docx

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提高渗透试验质量技术措施解析

提高渗透试验质量技术措施

为提高变水头渗透试验操作水平、成果质量以及对渗透试验存在问题的改正，现对渗透试验进行分析，并提出问题。

渗透试验时利用一些试验器具测定岩土的渗透系数的试验，分为室内试验和野外测定试验两大类。

在实验室中测定渗透系数k的仪器种类和试验方法很多，但从原理上大体可分为“常水头法”和“变水头法”两种。

野外进行的渗透试验又叫渗水试验，一般采用试坑渗水试验，是野外测定包气带松散层和岩层渗透试验的简易方法。

试坑渗水试验常采用的是试坑法、单环法和双环法。

试坑法

是在表层干土中挖一个一定深度（30-50厘米）的方形或圆形试坑，坑底要离潜水位3-5米，坑底铺2一3厘米厚的反滤粗砂，向试坑内注水，必需使试坑中的水位始终高出坑底约10厘米。

为了便于观测坑内水位，在坑底要设置一个标尺。

求出单位时间内从坑底渗入的水量Q，除以坑底面积F，即得出平均渗透速度v=Q/F。

当坑内水柱高度不大（等于10厘米）时，可以认为水头梯度近于1，因而K（渗透系数）=V。

这个方法适用于测定毛细压力影响不大的砂类土，如果用在粘性土中，所测定的渗透系数偏高。

单环法

是试坑底嵌入一个高20厘米，直径35.75厘米的铁环，该铁环圈定的面积为1000平方厘米。

铁环压入坑底部10厘米深，环壁与土层要紧密接触，环内铺2一3厘米的反滤粗砂。

在试验开始时，用马利奥特瓶控制环内水柱，保持在10厘米高度上。

试验一直进行到渗入水量Q固定不变为止，就可以按下式计算渗透速度：

v=Q/F，所得的渗透速度即为该松散层、岩层的渗透系数值。

双环法

是试坑底嵌入两个铁环，增加一个内环，形成同心环，外环直径可取0.5米,内环直径可取0.25米。

试验时往铁环内注水，用马利奥特瓶控制外环和内环的水柱都保持在同一高度上，（例如10厘米）。

根据内环取的的资料按上述方法确定松散层、岩层的渗透系数值。

由于内环中的水只产生垂直方向的渗入，排除了侧向渗流带的误差，因此，比试坑法和单环法精确度高。

内外环之间渗入的水，主要是侧向散流及毛细管吸收，内环则是松散层和岩层在垂直方向的实际渗透。

本次主要是对室内渗透试验进行分析。

1、试验目的

土具有被水透过的性能称为土的渗透性.渗透性质是土体的重要的工程性质，决定土体的强度和变形、固结性质。

渗透试验主要是测定土体的渗透系数k。

渗透系数的定义是单位水力坡降的渗透流速，常以cm/s作为单位。

2、试验原理

渗透试验原理就是在试验装置中测出渗流量，不同点的水头高度，从而计算出渗流速度和水力坡度并计算出渗透系数。

由于土的渗透系数变化范围很大，故实验室内常用两种不同的试验装置进行试验，为常水头渗透试验和变水头渗透试验。

常水头试验适用于粗粒土，变水头渗透试验适用于细粒土。

细粒土由于渗透系数很小，渗流流过土样的总量的时间需要很长，受蒸发和温度变化影响的试验误差会逐渐变大，必须采用变水头渗透试验。

本试验用水应采用实际作用于土的天然水。

但是在室内由于条件限制，很难满足条件。

可以采用蒸馏水或一般经过滤的清水，但试验前必须用抽气法或煮沸脱气，试验时的水温高于试验室温度3~4℃。

常水头渗透试验和变水头渗透试验分别论述：

常水头渗透试验

一、仪器设备

1、常水头渗透仪（70型渗透仪）：

由金属封底圆筒、金属孔板、网、测压管和供水装置组成。

金属圆筒内径为10cm，高40cm。

当使用其他尺寸的圆筒时，圆筒内径应大于试样最大粒径的10倍。

2、天平：

称量5000g分度值1.0g。

3、温度计：

分度值0.5°C。

4、其他附属设备：

木锤、秒表等

图1常水头渗透仪装置

1-封底金属圆筒；2-金属孔板；3-测压孔；4-玻璃测压管；5-溢水孔；6-渗水孔；7-调节管；8-滑动支架；9-容量为500ml的供水瓶；10-供水管；11-止水夹；12-容量为500ml的量筒；13-温度计；14-试样；15-砾石层。

二、操作步骤

1、按图1装好仪器，并检查各管路接头处是否漏水将调节管与供水管连通，由仪器底部充水至水位略高于金属孔板，关止水夹。

2、取具有代表性的风干试样3~4kg,称量准确至1.0g并测定试样的风干含水率。

3、将试样分层装入圆筒，每层厚2~3cm,用木锤轻轻击实到一定厚度,以控制其孔隙比.如试样含粘粒较多,应在金属孔板上加铺厚约2cm的粗砂过渡层,防止试验时细料流失,并量出过渡层厚度。

4、每层试样装好后,连接供水管和调节管,并由调节管中进水,微开止水夹,使试样逐渐饱和.当水面与试样顶面齐平,关止水夹.饱和时水流不应过急,以免冲动试样。

5、依上述步骤逐层装试样,至试样高出上测压孔3~4cm止.在试样上端铺厚约2cm砾石作缓冲层.待最后一层试样饱和后,继续使水位缓缓上升至溢水孔.当有水溢出时,关止水夹。

6、试样装好后量测试样顶部至仪器上口的剩余高度,计算试样净高.称剩余试样质量（准确至0.1g）,计算装入试样总质量。

7、静置数分钟后,检查各测压管水位是否与溢水孔齐平.如不齐平,说明试样中或测压管接头处有集气阻隔,用吸水球进行吸水排气处理。

8、提高调节管使其高于溢水孔,然后将调节管与供水管分开,并将供水管置于金属圆筒内,开止水夹,使水由上部注入金属圆筒内。

9、降低调节管口,使位于试样上部1/3处,造成水位差,水即渗过试样,经调节管流出.在渗透过程中应调节供水管夹,使供水管流量略多于溢出水量.溢水孔应始终有余水溢出,以保持常水位。

10、测压管水位稳定后,记录测压管水位,计算各测压管间的水位差。

开动秒表,同时用量筒接取经一定时间的渗透水量,并重复1次.接取渗透水量时,调节管口不可没入水中。

11、测记进水与出水处的水温,取平均值。

12、降低调节管管口至试样中部及下部1/3处,以改变水力坡降。

13、根据需要,可装数个不同孔隙比的试样,进行渗透系数的测定。

三、成果整理

1、按下列公式计算试样的干密度

及孔隙比e：

1

2

3

2、按下列公式计算渗透系数

及

4

5

变水头渗透试验

一、仪器设备

1 渗透容器：

由环刀、透水石、套环、上盖和下盖组成。

环刀内径61.8mm，高40mm；透水石的渗透系数应大于10E-03cm/s。

2 变水头装置：

由渗透容器、变水头管、供水瓶、进水管等组成。

变水头管的内

二、试样的制备

根据渗透试验的要求，需用环刀制备垂直、水平两种。

根据试验要求用环刀取试样时，应在环刀内壁涂一薄层凡士林，刃口向下放在土样上，将环刀垂直下压，并用切土刀沿环刀外侧切削土样，边压边削土样，边压边削至土样高出环刀，根据试样的软硬采用钢丝锯或切土刀整平环刀两端土样，察净环刀外壁。

三、试样的饱和

试样饱和与否对渗透试验的最终成果有较大的影响。

试样饱和度越小，土的孔隙内残留的气体越多，使得土的有效渗透面积减小，同时由于气体因孔隙水压力变化而膨胀，使饱和度对实验成果的影响存在着不确定性。

故而为了确保实验成果的有效性，对不易透水的试样进行抽气饱和；对饱和试样和较易透水的试样，可直接用变水头装置的水头进行试样饱和。

四、试验步骤

在国家标准《土工试验方法标准》第13.3.3条叙述了变水头渗透试验的具体步骤，如下：

1、将装有试样的环刀装入渗透容器，用螺母旋紧，要求密封至不漏水不漏气。

对不易透水的试样，按规定进行抽气饱和；对饱和试样和较易透水的试样，直接用变水头装置的水头进行试样饱和。

2、将渗透容器的进水口与变水头管连接，利用供水瓶中的纯水向进水管注满水，并渗入渗透容器，开排气阀，排除渗透容器底部的空气，直至溢出水中无气泡，关排水阀，放平渗透容器，关进水管夹。

3、向变水头管注纯水。

使水升至预定高度，水头高度根据试样结构的疏松程度，确定一般不应大于2m，待水位稳定后切断水源，开进水管夹，使水通过试样，当出水口有水溢出时开始测记变水头管中起始水头高度和起始时间，按预定时间间隔测记水头和时间的变化，并测记出水口的水温。

4、将变水头管中的水位变换高度，待水位稳定再进行测记水头和时间变化，重复试验5-6次。

当不同开始水头下测定的渗透系数在允许差值范围内时，结束试验。

三、成果整理

1、按下列公式计算试样的干密度

及孔隙比e：

1

2

3

2、按下列公式计算渗透系数

及

4

5

变水头渗透试验适用于细粒土，故而在试验中，从试样的制备到试验成果的计算均可能存在各种操作及计算问题，现将一一分析。

一、试样的制备

一般情况下，扰动土样不进行试验。

试样的制备是否成功与试样本身的结构、包含物和人为因素有关，如果试样制备失败将无法进行下一步试验。

现将此过程中可能引起问题及解决方法叙述如下：

1、人为因素

试样制备出现的问题主要是人为因素所引起。

人为因素所导致的制备试样存在的问题主要表现在试样裂开、切取试样倾斜与试样与环刀不接触位置不磨合等。

在试样制备过程中，出现试样裂开，引起试样裂开的人为因素主要是制备过程中用力不均匀和没有分级用力压试样。

一般情况下，淤泥质粘土、淤泥质粉质粘土、粉质粘土、软可到可塑的粘土较容易出现裂开。

淤泥质粘土由于本身结构较脆，制备过程中用力不均匀会出现试样的裂开。

淤泥质粉质粘土由于本身含粉粒较多土质不均匀，制备过程中用力不均匀导致含粉粒与不含粉粒的交接处分离和含粉粒的地方出现裂开，粉质粘土由于本身含粉粒较多和本身属于低塑性土，故而在试样制备中容易扰动变形、裂开。

软可到可塑的粘土由于本身较硬，在试样切取时，由于切屑时受到上部各次压力不均匀，极容易使得环刀倾斜，以至于试样与环刀间出现缝隙。

解决方法：

为减小试样与环刀间的摩擦力，在土工试验方法标准中第3.1.4第2条中提出有：

“用环刀切取试样时，应在环刀内壁涂一薄层凡士林”。

一般利用此方法可以大大降低因试样与环刀间摩擦较大引起裂开的机率；而对于低塑性土，建议在切取过程中尽量减少分次下压的次数，尽量控制在3~4次，下压过程中做到缓慢下压，同时对环刀外部余土切削时需做到不扰动试样。

对于含水率较低、硬度较大的粘性土，建议在试样下压时，施加压力尽量均匀，施加压力的位置尽量处于相同点，对环刀外部的余土，尽可能切削至最少，以减少压力。

2、样品原因

在以往各类土渗透试验中，因样品本身原因导致试样制备失败的情况也普遍存在。

除淤泥质粘土、淤泥质粉质粘土、粉质粘土、软可到可塑的粘土较外，淤泥夹砂及夹杂碎屑物较多的淤泥在试样制备中也容易失败。

对于淤泥质粘土、淤泥质粉质粘土、粉质粘土、软可到可塑的粘土一般出现失败的多为人为因素引起，，夹杂碎屑物较多的淤泥，淤泥夹砂及夹杂碎屑物较多的淤泥一般多为样品本身因素引起的。

夹杂碎屑物较多的淤泥由于碎屑物较多，试验时水容易从碎屑与试验的接触地方流出，由于淤泥夹砂土中存在粘聚力为零的砂，因此在试样中含砂部分与环刀接触位置在试验中极易出现漏水现象，同时在试样饱和过程中，淤泥夹砂中所含的砂容易流失；

解决方法：

在试样制备的最初，应尽量选取土样中夹杂物较少的位置。

制备好的试样，含砂位置与环刀间存在缝隙的位置，可以用手轻轻按压，填平缝隙。

试样制备的最初，应尽量选取土样中夹杂物较少的位置，试样制备时环刀内壁涂上凡士林，减少试样与环刀的摩擦，并用切土刀沿环刀外侧切削土样，边压边削土样，边压边削至土样高出环刀。

制备好的试样，含砂位置与环刀间存在缝隙的位置，可以用手轻轻按压，填平缝隙。