提高滲透試驗質(zhì)量技術(shù)措施

1、提高滲透試驗質(zhì)量技術(shù)措施為提高變水頭滲透試驗操作水平、成果質(zhì)量以及對滲透試驗存在問題的改正，現(xiàn)對滲透試驗進行分析，并提出問題。滲透試驗時利用一些試驗器具測定巖土的滲透系數(shù)的試驗，分為室內(nèi)試驗和野外測定試驗兩大類。在實驗室中測定滲透系數(shù)k的儀器種類和試驗方法很多，但從原理上大體可分為“常水頭法”和“變水頭法”兩種。野外進行的滲透試驗又叫滲水試驗，一般采用試坑滲水試驗，是野外測定包氣帶松散層和巖層滲透試驗的簡易方法。試坑滲水試驗常采用的是試坑法、單環(huán)法和雙環(huán)法。試坑法是在表層干土中挖一個一定深度（30-50厘米）的方形或圓形試坑，坑底要離潛水位3-5米，坑底鋪2一3厘米厚的反濾粗砂，向試坑內(nèi)注水，

2、必需使試坑中的水位始終高出坑底約10厘米。為了便于觀測坑內(nèi)水位，在坑底要設(shè)置一個標尺。求出單位時間內(nèi)從坑底滲入的水量Q，除以坑底面積F，即得出平均滲透速度v=Q/F。當坑內(nèi)水柱高度不大（等于10厘米）時，可以認為水頭梯度近于1，因而K(滲透系數(shù))=V。這個方法適用于測定毛細壓力影響不大的砂類土，如果用在粘性土中，所測定的滲透系數(shù)偏高。單環(huán)法是試坑底嵌入一個高20厘米，直徑35.75厘米的鐵環(huán)，該鐵環(huán)圈定的面積為1000平方厘米。鐵環(huán)壓入坑底部10厘米深，環(huán)壁與土層要緊密接觸，環(huán)內(nèi)鋪2一3厘米的反濾粗砂。在試驗開始時，用馬利奧特瓶控制環(huán)內(nèi)水柱，保持在10厘米高度上。試驗一直進行到滲入水量Q固定不

3、變?yōu)橹?，就可以按下式計算滲透速度：v=Q/F，所得的滲透速度即為該松散層、巖層的滲透系數(shù)值。雙環(huán)法是試坑底嵌入兩個鐵環(huán)，增加一個內(nèi)環(huán)，形成同心環(huán)，外環(huán)直徑可取0.5米, 內(nèi)環(huán)直徑可取0.25米。試驗時往鐵環(huán)內(nèi)注水，用馬利奧特瓶控制外環(huán)和內(nèi)環(huán)的水柱都保持在同一高度上，（例如10厘米）。根據(jù)內(nèi)環(huán)取的的資料按上述方法確定松散層、巖層的滲透系數(shù)值。由于內(nèi)環(huán)中的水只產(chǎn)生垂直方向的滲入，排除了側(cè)向滲流帶的誤差，因此，比試坑法和單環(huán)法精確度高。內(nèi)外環(huán)之間滲入的水，主要是側(cè)向散流及毛細管吸收，內(nèi)環(huán)則是松散層和巖層在垂直方向的實際滲透。本次主要是對室內(nèi)滲透試驗進行分析。1、試驗?zāi)康耐辆哂斜凰高^的性能稱為土的滲

4、透性.滲透性質(zhì)是土體的重要的工程性質(zhì)，決定土體的強度和變形、固結(jié)性質(zhì)。滲透試驗主要是測定土體的滲透系數(shù)k。滲透系數(shù)的定義是單位水力坡降的滲透流速，常以cm/s作為單位。2、試驗原理滲透試驗原理就是在試驗裝置中測出滲流量，不同點的水頭高度，從而計算出滲流速度和水力坡度并計算出滲透系數(shù)。由于土的滲透系數(shù)變化范圍很大，故實驗室內(nèi)常用兩種不同的試驗裝置進行試驗，為常水頭滲透試驗和變水頭滲透試驗。常水頭試驗適用于粗粒土，變水頭滲透試驗適用于細粒土。細粒土由于滲透系數(shù)很小，滲流流過土樣的總量的時間需要很長，受蒸發(fā)和溫度變化影響的試驗誤差會逐漸變大，必須采用變水頭滲透試驗。本試驗用水應(yīng)采用實際作用于土的天然

5、水。但是在室內(nèi)由于條件限制，很難滿足條件。可以采用蒸餾水或一般經(jīng)過濾的清水，但試驗前必須用抽氣法或煮沸脫氣，試驗時的水溫高于試驗室溫度34。常水頭滲透試驗和變水頭滲透試驗分別論述：常水頭滲透試驗一、 儀器設(shè)備1、 常水頭滲透儀（70型滲透儀）：由金屬封底圓筒、金屬孔板、網(wǎng)、測壓管和供水裝置組成。金屬圓筒內(nèi)徑為10cm，高40cm。當使用其他尺寸的圓筒時，圓筒內(nèi)徑應(yīng)大于試樣最大粒徑的10倍。2、天平：稱量5000g分度值1.0g。3、溫度計：分度值0.5C。4、其他附屬設(shè)備：木錘、秒表等圖1 常水頭滲透儀裝置1-封底金屬圓筒；2-金屬孔板；3-測壓孔；4-玻璃測壓管；5-溢水孔；6-滲水孔；7-

6、調(diào)節(jié)管；8-滑動支架；9-容量為500ml的供水瓶；10-供水管；11-止水夾；12-容量為500ml的量筒；13-溫度計；14-試樣；15-礫石層。二、操作步驟1、按圖1裝好儀器，并檢查各管路接頭處是否漏水將調(diào)節(jié)管與供水管連通，由儀器底部充水至水位略高于金屬孔板，關(guān)止水夾。2、取具有代表性的風干試樣34kg,稱量準確至1.0g并測定試樣的風干含水率。3、將試樣分層裝入圓筒，每層厚23cm,用木錘輕輕擊實到一定厚度,以控制其孔隙比.如試樣含粘粒較多,應(yīng)在金屬孔板上加鋪厚約2cm的粗砂過渡層,防止試驗時細料流失,并量出過渡層厚度。4、每層試樣裝好后,連接供水管和調(diào)節(jié)管,并由調(diào)節(jié)管中進水,微開止水

7、夾,使試樣逐漸飽和.當水面與試樣頂面齊平,關(guān)止水夾.飽和時水流不應(yīng)過急,以免沖動試樣。5、依上述步驟逐層裝試樣,至試樣高出上測壓孔34cm止.在試樣上端鋪厚約2cm礫石作緩沖層.待最后一層試樣飽和后,繼續(xù)使水位緩緩上升至溢水孔.當有水溢出時,關(guān)止水夾。6、試樣裝好后量測試樣頂部至儀器上口的剩余高度,計算試樣凈高.稱剩余試樣質(zhì)量(準確至0.1g),計算裝入試樣總質(zhì)量。7、靜置數(shù)分鐘后,檢查各測壓管水位是否與溢水孔齊平.如不齊平,說明試樣中或測壓管接頭處有集氣阻隔,用吸水球進行吸水排氣處理。8、提高調(diào)節(jié)管使其高于溢水孔,然后將調(diào)節(jié)管與供水管分開,并將供水管置于金屬圓筒內(nèi),開止水夾,使水由上部注入金

8、屬圓筒內(nèi)。9、降低調(diào)節(jié)管口,使位于試樣上部1/3處,造成水位差,水即滲過試樣,經(jīng)調(diào)節(jié)管流出.在滲透過程中應(yīng)調(diào)節(jié)供水管夾,使供水管流量略多于溢出水量.溢水孔應(yīng)始終有余水溢出,以保持常水位。10、測壓管水位穩(wěn)定后,記錄測壓管水位,計算各測壓管間的水位差。開動秒表,同時用量筒接取經(jīng)一定時間的滲透水量,并重復(fù)1次.接取滲透水量時,調(diào)節(jié)管口不可沒入水中。11、測記進水與出水處的水溫,取平均值。12、降低調(diào)節(jié)管管口至試樣中部及下部1/3處,以改變水力坡降。13、根據(jù)需要,可裝數(shù)個不同孔隙比的試樣,進行滲透系數(shù)的測定。三、成果整理 1、按下列公式計算試樣的干密度及孔隙比e： 1 2 32、按下列公式計算滲透

9、系數(shù)及 4 5 變水頭滲透試驗一、儀器設(shè)備1滲透容器：由環(huán)刀、透水石、套環(huán)、上蓋和下蓋組成。環(huán)刀內(nèi)徑61.8mm，高40mm；透水石的滲透系數(shù)應(yīng)大于10E-03cm/s。2變水頭裝置：由滲透容器、變水頭管、供水瓶、進水管等組成。變水頭管的內(nèi)二、試樣的制備根據(jù)滲透試驗的要求，需用環(huán)刀制備垂直、水平兩種。根據(jù)試驗要求用環(huán)刀取試樣時，應(yīng)在環(huán)刀內(nèi)壁涂一薄層凡士林，刃口向下放在土樣上，將環(huán)刀垂直下壓，并用切土刀沿環(huán)刀外側(cè)切削土樣，邊壓邊削土樣，邊壓邊削至土樣高出環(huán)刀，根據(jù)試樣的軟硬采用鋼絲鋸或切土刀整平環(huán)刀兩端土樣，察凈環(huán)刀外壁。三、試樣的飽和試樣飽和與否對滲透試驗的最終成果有較大的影響。試樣飽和度越小

10、，土的孔隙內(nèi)殘留的氣體越多，使得土的有效滲透面積減小，同時由于氣體因孔隙水壓力變化而膨脹，使飽和度對實驗成果的影響存在著不確定性。故而為了確保實驗成果的有效性，對不易透水的試樣進行抽氣飽和；對飽和試樣和較易透水的試樣，可直接用變水頭裝置的水頭進行試樣飽和。四、試驗步驟 在國家標準土工試驗方法標準第13.3.3條敘述了變水頭滲透試驗的具體步驟，如下：1、將裝有試樣的環(huán)刀裝入滲透容器，用螺母旋緊，要求密封至不漏水不漏氣。對不易透水的試樣，按規(guī)定進行抽氣飽和；對飽和試樣和較易透水的試樣，直接用變水頭裝置的水頭進行試樣飽和。2、將滲透容器的進水口與變水頭管連接，利用供水瓶中的純水向進水管注滿水，并滲入

11、滲透容器，開排氣閥，排除滲透容器底部的空氣，直至溢出水中無氣泡，關(guān)排水閥，放平滲透容器，關(guān)進水管夾。3、向變水頭管注純水。使水升至預(yù)定高度，水頭高度根據(jù)試樣結(jié)構(gòu)的疏松程度，確定一般不應(yīng)大于2m，待水位穩(wěn)定后切斷水源，開進水管夾，使水通過試樣，當出水口有水溢出時開始測記變水頭管中起始水頭高度和起始時間，按預(yù)定時間間隔測記水頭和時間的變化，并測記出水口的水溫。4、將變水頭管中的水位變換高度，待水位穩(wěn)定再進行測記水頭和時間變化，重復(fù)試驗5-6次。當不同開始水頭下測定的滲透系數(shù)在允許差值范圍內(nèi)時，結(jié)束試驗。三、成果整理 1、按下列公式計算試樣的干密度及孔隙比e： 1 2 32、按下列公式計算滲透系數(shù)及

12、 4 5變水頭滲透試驗適用于細粒土，故而在試驗中，從試樣的制備到試驗成果的計算均可能存在各種操作及計算問題，現(xiàn)將一一分析。一、 試樣的制備一般情況下，擾動土樣不進行試驗。試樣的制備是否成功與試樣本身的結(jié)構(gòu)、包含物和人為因素有關(guān)，如果試樣制備失敗將無法進行下一步試驗?，F(xiàn)將此過程中可能引起問題及解決方法敘述如下：1、 人為因素試樣制備出現(xiàn)的問題主要是人為因素所引起。人為因素所導(dǎo)致的制備試樣存在的問題主要表現(xiàn)在試樣裂開、切取試樣傾斜與試樣與環(huán)刀不接觸位置不磨合等。在試樣制備過程中，出現(xiàn)試樣裂開，引起試樣裂開的人為因素主要是制備過程中用力不均勻和沒有分級用力壓試樣。一般情況下，淤泥質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘

13、土、粉質(zhì)粘土、軟可到可塑的粘土較容易出現(xiàn)裂開。淤泥質(zhì)粘土由于本身結(jié)構(gòu)較脆，制備過程中用力不均勻會出現(xiàn)試樣的裂開。淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土由于本身含粉粒較多土質(zhì)不均勻，制備過程中用力不均勻?qū)е潞哿Ｅc不含粉粒的交接處分離和含粉粒的地方出現(xiàn)裂開，粉質(zhì)粘土由于本身含粉粒較多和本身屬于低塑性土，故而在試樣制備中容易擾動變形、裂開。軟可到可塑的粘土由于本身較硬，在試樣切取時，由于切屑時受到上部各次壓力不均勻，極容易使得環(huán)刀傾斜，以至于試樣與環(huán)刀間出現(xiàn)縫隙。解決方法：為減小試樣與環(huán)刀間的摩擦力，在土工試驗方法標準中第3.1.4第2條中提出有：“用環(huán)刀切取試樣時，應(yīng)在環(huán)刀內(nèi)壁涂一薄層凡士林”。一般利用此方法可以大大降

14、低因試樣與環(huán)刀間摩擦較大引起裂開的機率；而對于低塑性土，建議在切取過程中盡量減少分次下壓的次數(shù)，盡量控制在34次，下壓過程中做到緩慢下壓，同時對環(huán)刀外部余土切削時需做到不擾動試樣。對于含水率較低、硬度較大的粘性土，建議在試樣下壓時，施加壓力盡量均勻，施加壓力的位置盡量處于相同點，對環(huán)刀外部的余土，盡可能切削至最少，以減少壓力。2、樣品原因在以往各類土滲透試驗中，因樣品本身原因?qū)е略嚇又苽涫〉那闆r也普遍存在。除淤泥質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土、軟可到可塑的粘土較外，淤泥夾砂及夾雜碎屑物較多的淤泥在試樣制備中也容易失敗。對于淤泥質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土、軟可到可塑的粘土一般出現(xiàn)失敗的多為人為因素引起，夾雜碎屑物較多的淤泥，淤泥夾砂及夾雜碎屑物較多的淤泥一般多為樣品本身因素引起的。夾雜碎屑物較多的淤泥由于碎屑物較多，試驗時水容易從碎屑與試驗的接觸地方流出，由于淤泥夾砂土中存在粘聚力為零的砂，因此在試樣中含砂部分與環(huán)刀接觸位置在試