提高滲透試驗(yàn)質(zhì)量技術(shù)措施

1、提高滲透試驗(yàn)質(zhì)量技術(shù)措施為提高變水頭滲透試驗(yàn)操作水平、成果質(zhì)量以及對(duì)滲透試驗(yàn)存在問題的改正，現(xiàn)對(duì)滲透試驗(yàn)進(jìn)行分析，并提出問題。滲透試驗(yàn)時(shí)利用一些試驗(yàn)器具測(cè)定巖土的滲透系數(shù)的試驗(yàn)，分為室內(nèi)試驗(yàn)和野外測(cè)定試驗(yàn)兩大類。在實(shí)驗(yàn)室中測(cè)定滲透系數(shù)k的儀器種類和試驗(yàn)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(jìn)行的滲透試驗(yàn)又叫滲水試驗(yàn)，一般采用試坑滲水試驗(yàn)，是野外測(cè)定包氣帶松散層和巖層滲透試驗(yàn)的簡(jiǎn)易方法。試坑滲水試驗(yàn)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(gè)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(cè)坑內(nèi)水位，在坑底要設(shè)置一個(gè)標(biāo)尺。求出單位時(shí)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(dāng)坑內(nèi)水柱高度不大（等于10厘米）時(shí)，可以認(rèn)為水頭梯度近于1，因而K(滲透系數(shù))=V。這個(gè)方法適用于測(cè)定毛細(xì)壓力影響不大的砂類土，如果用在粘性土中，所測(cè)定的滲透系數(shù)偏高。單環(huán)法是試坑底嵌入一個(gè)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(yàn)開始時(shí)，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(yàn)一直進(jìn)行到滲入水量Q固定不

3、變?yōu)橹?，就可以按下式?jì)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(gè)鐵環(huán)，增加一個(gè)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(yàn)時(shí)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(xì)管吸收，內(nèi)環(huán)則是松散層和巖層在垂直方向的實(shí)際滲透。本次主要是對(duì)室內(nèi)滲透試驗(yàn)進(jìn)行分析。1、試驗(yàn)?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(qiáng)度和變形、固結(jié)性質(zhì)。滲透試驗(yàn)主要是測(cè)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(yàn)原理滲透試驗(yàn)原理就是在試驗(yàn)裝置中測(cè)出滲流量，不同點(diǎn)的水頭高度，從而計(jì)算出滲流速度和水力坡度并計(jì)算出滲透系數(shù)。由于土的滲透系數(shù)變化范圍很大，故實(shí)驗(yàn)室內(nèi)常用兩種不同的試驗(yàn)裝置進(jìn)行試驗(yàn)，為常水頭滲透試驗(yàn)和變水頭滲透試驗(yàn)。常水頭試驗(yàn)適用于粗粒土，變水頭滲透試驗(yàn)適用于細(xì)粒土。細(xì)粒土由于滲透系數(shù)很小，滲流流過土樣的總量的時(shí)間需要很長(zhǎng)，受蒸發(fā)和溫度變化影響的試驗(yàn)誤差會(huì)逐漸變大，必須采用變水頭滲透試驗(yàn)。本試驗(yàn)用水應(yīng)采用實(shí)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(yàn)前必須用抽氣法或煮沸脫氣，試驗(yàn)時(shí)的水溫高于試驗(yàn)室溫度34。常水頭滲透試驗(yàn)和變水頭滲透試驗(yàn)分別論述：常水頭滲透試驗(yàn)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(cè)壓管和供水裝置組成。金屬圓筒內(nèi)徑為10cm，高40cm。當(dāng)使用其他尺寸的圓筒時(shí)，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(jì)：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(cè)壓孔；4-玻璃測(cè)壓管；5-溢水孔；6-滲水孔；7-

6、調(diào)節(jié)管；8-滑動(dòng)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(jì)；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(fēng)干試樣34kg,稱量準(zhǔn)確至1.0g并測(cè)定試樣的風(fēng)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(shí)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(yàn)時(shí)細(xì)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(jìn)水,微開止水

7、夾,使試樣逐漸飽和.當(dāng)水面與試樣頂面齊平,關(guān)止水夾.飽和時(shí)水流不應(yīng)過急,以免沖動(dòng)試樣。5、依上述步驟逐層裝試樣,至試樣高出上測(cè)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(dāng)有水溢出時(shí),關(guān)止水夾。6、試樣裝好后量測(cè)試樣頂部至儀器上口的剩余高度,計(jì)算試樣凈高.稱剩余試樣質(zhì)量(準(zhǔn)確至0.1g),計(jì)算裝入試樣總質(zhì)量。7、靜置數(shù)分鐘后,檢查各測(cè)壓管水位是否與溢水孔齊平.如不齊平,說明試樣中或測(cè)壓管接頭處有集氣阻隔,用吸水球進(jìn)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(cè)壓管水位穩(wěn)定后,記錄測(cè)壓管水位,計(jì)算各測(cè)壓管間的水位差。開動(dòng)秒表,同時(shí)用量筒接取經(jīng)一定時(shí)間的滲透水量,并重復(fù)1次.接取滲透水量時(shí),調(diào)節(jié)管口不可沒入水中。11、測(cè)記進(jìn)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(gè)不同孔隙比的試樣,進(jìn)行滲透系數(shù)的測(cè)定。三、成果整理 1、按下列公式計(jì)算試樣的干密度及孔隙比e： 1 2 32、按下列公式計(jì)算滲透

9、系數(shù)及 4 5 變水頭滲透試驗(yàn)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(jìn)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(yàn)的要求，需用環(huán)刀制備垂直、水平兩種。根據(jù)試驗(yàn)要求用環(huán)刀取試樣時(shí)，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(duì)滲透試驗(yàn)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(shí)由于氣體因孔隙水壓力變化而膨脹，使飽和度對(duì)實(shí)驗(yàn)成果的影響存在著不確定性。故而為了確保實(shí)驗(yàn)成果的有效性，對(duì)不易透水的試樣進(jìn)行抽氣飽和；對(duì)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(jìn)行試樣飽和。四、試驗(yàn)步驟 在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)第13.3.3條敘述了變水頭滲透試驗(yàn)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(duì)不易透水的試樣，按規(guī)定進(jìn)行抽氣飽和；對(duì)飽和試樣和較易透水的試樣，直接用變水頭裝置的水頭進(jìn)行試樣飽和。2、將滲透容器的進(jìn)水口與變水頭管連接，利用供水瓶中的純水向進(jìn)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(jìn)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(jìn)水管夾，使水通過試樣，當(dāng)出水口有水溢出時(shí)開始測(cè)記變水頭管中起始水頭高度和起始時(shí)間，按預(yù)定時(shí)間間隔測(cè)記水頭和時(shí)間的變化，并測(cè)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(jìn)行測(cè)記水頭和時(shí)間變化，重復(fù)試驗(yàn)5-6次。當(dāng)不同開始水頭下測(cè)定的滲透系數(shù)在允許差值范圍內(nèi)時(shí)，結(jié)束試驗(yàn)。三、成果整理 1、按下列公式計(jì)算試樣的干密度及孔隙比e： 1 2 32、按下列公式計(jì)算滲透系數(shù)及

12、 4 5變水頭滲透試驗(yàn)適用于細(xì)粒土，故而在試驗(yàn)中，從試樣的制備到試驗(yàn)成果的計(jì)算均可能存在各種操作及計(jì)算問題，現(xiàn)將一一分析。一、 試樣的制備一般情況下，擾動(dòng)土樣不進(jìn)行試驗(yàn)。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(jìn)行下一步試驗(yàn)。現(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(jí)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(huì)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(dòng)變形、裂開。軟可到可塑的粘土由于本身較硬，在試樣切取時(shí)，由于切屑時(shí)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(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)中第3.1.4第2條中提出有：“用環(huán)刀切取試樣時(shí)，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(jī)率；而對(duì)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(shí)對(duì)環(huán)刀外部余土切削時(shí)需做到不擾動(dòng)試樣。對(duì)于含水率較低、硬度較大的粘性土，建議在試樣下壓時(shí)，施加壓力盡量均勻，施加壓力的位置盡量處于相同點(diǎn)，對(duì)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(yàn)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(duì)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(yàn)時(shí)水容易從碎屑與試驗(yàn)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