巖土-滲透試驗(常水頭滲流實驗)





 1. 概述 


土是一種三相組成的多孔介質,其孔隙在空間互相連通。在飽和土中,水充滿整個孔隙,當土中不同位置存在水位差時,土中水就會在水位能量作用下,從水位高(即能量高)的位置向水位低(即能量低)的位置流動。液體(如土中水)從物質微孔(如土體孔隙)中透過的現象稱為滲透。土體具有被液體(如山板樁墻基坑土中水)透過的性質稱為土的滲透性,或稱透水性。液體(如地下水、地下石油)在土孔隙或其他透水性介質(如水工建筑物)中的流動問題稱為滲流

土的滲透性研究主要包括下述地下水位面三個方面:(1)滲流量問題:如基坑開挖或施工圍堰時的滲水量及排水量計算,不透水層土堤壩身、壩基土中的滲水量,水井的供水量或排水量等。(2)滲透破壞問題:土中的滲流會對土顆粒施加作用力,即滲流力(滲透力)當滲透力過大時就會引起土顆粒或土體的移動,產生滲透變形,甚至滲透破壞,如邊坡破壞、地面隆起,堤壩失穩等現象。近年來高層建筑基坑失穩事故有不少就是由滲透破壞引起的。(3)滲流控制問題:當滲流量或滲透變形不滿足設計要求時,就要研究工程措施進行滲流控制。

顯然,水在土體中的滲流,一方面會引起水量損失或基坑積水,影響工程效益和進度;另一方面將引起土體變形,改變構筑物或地基的穩定條件,直接影響工程安全。因此,研究土的滲透性及滲流規律及其與工程的關系具有重要意義。土的滲透性是反映土的孔隙性規律的基本內容之一。

土的滲透性與其他的物理性質相比較,變化范圍非常之大。例如,純凈礫石的滲透系數k=100cm/s,而純粘土的滲透系數k=10-9cm/s,兩者相差十億倍以上。因此,測定土的滲透系數就不可能只是一、兩種常規方法,而要根據土類進行試驗設計和選擇試驗方法。

水在土中的滲流是在土顆粒間的孔隙中發生的。由于土體孔隙的形狀、大小及分布極為復雜,導致滲流水質點的運動軌跡很不規則,如果只著眼于這種真實滲流情況的研究,不僅會使理論分析復雜化,同時也會使試驗觀察變得異常困難。考慮到實際工程中并不需要了解具體孔隙中的滲流情況,因而可以對滲流作出如下的簡化:一是不考慮滲流路徑的迂回曲折,只分析它的主要流向;二是不考慮土體中的顆粒的影響,認為孔隙和土粒所占的空間的總和均被滲流所充滿。作了這種簡化后的滲流其實只是一種假想的土體滲流,稱為滲流模型。為了使滲流模型在滲流特性上與真實的滲流相一致,它還應該符合以下要求。

(1)在同一過水斷面,滲流模型的流量等于真實滲流的流量。

(2)在任一截面上,滲流模型的壓力與真實滲流的壓力相等。

(3)在相同體積內,滲流模型所受到的阻力與真實滲流所受到的阻力相等。

直接測定的方法有:(1)常水頭滲透試驗(2)變水頭滲透試驗(3)現場抽、注水試驗。間接的方法有:(1)從固結試驗中推算(2)水平毛細管試驗(3)利用海森(Hazen)公式,從顆粒大小來推算。通常在土工試驗規程和手冊中,列有常水頭試驗和變水頭試驗兩種。常水頭試驗適用于k=10-2~10-3cm/s的土;變水頭試驗適用于h=10-3cm/s以下的土。因此,試驗時,可以從事先進行的顆粒大小分析中,估計滲透系數的大致范圍,選擇試驗方法。

常水頭滲透試驗適用于強透水性的粗粒土(k>10-3cm/s).本試驗采用純水,應在試驗前用抽氣法或煮沸法脫氣,以排除氣泡的影響。試驗時的水溫宜高于實驗室溫度3~4℃






2. 儀器設備


常水頭滲透儀(見圖1);天平(感量1g);量筒;溫度計(分度值0.5℃);切土器、秒表、搗棒、橡皮管、支架。

巖土-滲透試驗(常水頭滲流實驗)的圖1

巖土-滲透試驗(常水頭滲流實驗)的圖2


巖土-滲透試驗(常水頭滲流實驗)的圖3




3. 操作步驟


根據需要對不同孔隙比的試樣進行滲透系數的測定。

(1) 裝好儀器并檢查各管路接頭處是否漏水,將調節管與供水管連通,由儀器底部充水至水位略高于金屬孔板,關止水夾;

(2)取具有代表性的風干試樣2500g,稱量準確至1.0g,將試樣分層裝入圓筒,每層厚2-3cm,用木錘輕輕擊實到一定厚度,以控制其孔隙比;

(3)每層試樣裝好后連接供水管和調節管,并由調節管中進水,微開止水夾使試樣逐漸飽和。當水面與試樣頂面齊平,關止水夾。飽和時水流不應過急,以免沖動試樣;

(4)依上述步驟逐層裝試樣,至試樣高出上測壓孔3-4cm止。在試樣上端放置金屬孔板作緩沖層,待最后一層試樣飽和后,繼續使水位緩緩上升至溢水孔,當有水溢出時,關止水夾;

(5)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。稱剩余試樣質量準確至1g,計算裝入試樣總質量,靜置數分鐘后,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。

(6)提高調節管,使其高于溢水孔。然后將調節管與供水管分開,并將供水管置于金屬圓筒內。開止水夾,使水由上部注入金屬圓筒內。

(7)降低調節管口,使位于試樣上部1/3處,造成水位差。水即滲過試樣,經調節管流出。在滲透過程中應調節供水管夾,使供水管流量略多于溢出水量。溢水孔應始終有余水溢出以保持常水位,測壓管水位穩定后,記錄測壓管水位,計算各測壓管間的水位差,開動秒表,同時用量筒接取經一定時間的滲透水量,并重復1次。接取滲透水量時,調節管口不可沒入水中。

(8)降低調節管管口至試樣中部及下部處,以改變水力坡降。按1011規定重復進行測定。

巖土-滲透試驗(常水頭滲流實驗)的圖4




4. 計算結果整理


巖土-滲透試驗(常水頭滲流實驗)的圖5

巖土-滲透試驗(常水頭滲流實驗)的圖6

巖土-滲透試驗(常水頭滲流實驗)的圖7

巖土-滲透試驗(常水頭滲流實驗)的圖8
登錄后免費查看全文
立即登錄
App下載
技術鄰APP
工程師必備
  • 項目客服
  • 培訓客服
  • 平臺客服

TOP

2