變水頭滲透試驗(yàn)

1、參照變水頭滲透儀水電部土工試驗(yàn)規(guī)程SD128-012-84，制備樣，或參照J(rèn)TJ051--93《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》T013-93

變水頭滲透試驗(yàn)的試樣分原狀試樣和擾動(dòng)試樣兩種，其制備方法分別為：

(a)原狀試樣：根據(jù)要測定的滲透系數(shù)的方向，用環(huán)刀在垂直或平行土層面方向切取原狀試樣，試樣兩端削平即可，禁止用修土刀反復(fù)涂抹。放入飽和器內(nèi)抽氣飽和（或其他方法飽和）；

(b)擾動(dòng)試樣：當(dāng)干密度較大（ρ_d≥1.40g/cm³）時(shí)，用飽和度較低（St≤80%）土壓實(shí)或擊實(shí)辦法制樣；當(dāng)干密度較低時(shí)，使試樣泡于水中飽和后，制成需要干密度的飽和試樣。

2、把滲水石，密封圈放入底座中，將套筒內(nèi)壁涂一層凡士林，放入土樣環(huán)刀，刮凈多余凡士林置于底座上。

3、裝好儀器，檢查是否漏水。將調(diào)節(jié)管與供水管相連，由儀器底部充水至水位達(dá)到金屬透水板頂面時(shí)，放入濾紙，關(guān)止水夾；

4、取代表性風(fēng)干土樣3~4kg，稱重精確至1g，測定風(fēng)干含水率；

5、將試樣分層裝入儀器，根據(jù)預(yù)定孔隙比控制試樣密度。每層裝完后從調(diào)節(jié)管進(jìn)水至試樣頂面。最后一層應(yīng)高出上測壓管孔3~4cm。待最后一層試樣飽和后，繼續(xù)使水位上升至圓筒頂面。將調(diào)節(jié)管卸下，使管口高于圓筒頂面，觀測三個(gè)測壓管水位是否與孔口齊平；

6、量測試樣頂面至筒頂余高，計(jì)算出試樣高度。稱量剩余土樣，計(jì)算出裝入質(zhì)量，計(jì)算試樣干密度和孔隙比；

7、供水管向圓筒頂面供水，使水面始終保持與滲透儀頂面齊平，同時(shí)降低調(diào)節(jié)管高度，形成自下向上方向的滲流。固定調(diào)節(jié)管在某一高度，過一段時(shí)間后，三個(gè)測壓管水位達(dá)到穩(wěn)定值，表明形成穩(wěn)定滲流場；

8、在不大于200cm水頭作用下，靜置某一時(shí)間，待出水管口有水逸出后即可開始測定；

9、試驗(yàn)時(shí)，將水頭管沖水至需要高度后關(guān)管夾開動(dòng)秒表，同時(shí)測記起始水頭h1,經(jīng)過時(shí)間t后，再測記終止，同是測記試驗(yàn)時(shí)與終止時(shí)的水溫。

土具有被水透過的性能稱為土的滲透性。滲透性質(zhì)是土體的重要的工程性質(zhì)，決定土體的強(qiáng)度性質(zhì)和變形、固結(jié)性質(zhì)，滲透問題是土力學(xué)的三個(gè)重要問題之一，與強(qiáng)度問題、變形問題合成土力學(xué)的主要三大問題。滲透試驗(yàn)主要是測定土體的滲透系數(shù)，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。

1、變水頭滲透儀測定粘質(zhì)土在變水頭下滲透試驗(yàn)的滲透系數(shù)。主要由上蓋，底座，套座，環(huán)刀，透水石，螺桿等組成，該儀器與在壓緊方式上改成中間螺旋桿旋壓，并對同類型儀器不足之處做了適當(dāng)改進(jìn)，操作使用更為簡便。

2、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10^-3cm/s）。

3、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)徑應(yīng)均勻，管徑不大于lcm，管外壁應(yīng)有最小分度為1.0mm 的刻度，長度宜為2m 左右。

(1) 變水頭試驗(yàn)中，每次測得的水頭h1和h2的差值應(yīng)大于10cm；

(2) 變水頭試驗(yàn)過程中，若發(fā)現(xiàn)水流過快或出水口有混濁現(xiàn)象，應(yīng)立即檢查有無漏水或試樣中是否出現(xiàn)集中滲流，若有，應(yīng)重新制樣試驗(yàn)；

(3) 滲透試驗(yàn)一定要用無氣水作試驗(yàn)，否則，試驗(yàn)過程中水中的氣泡會(huì)在試樣內(nèi)集中，使測得的滲透系數(shù)隨滲透時(shí)間的延長不斷減小，產(chǎn)生不允許的試驗(yàn)誤差；

(4) 試驗(yàn)過程中，由于滲透力的作用，使土的干密度發(fā)生變化，從而使?jié)B透系數(shù)發(fā)生變化，因此，滲透試驗(yàn)的時(shí)間不能太長，水頭差不能太大；

(5) 規(guī)范規(guī)定采用水溫20°C或10°C時(shí)的滲透系數(shù)作為標(biāo)準(zhǔn)滲透系數(shù)。

為了取得在各土層條件下測得工程所需的不同滲透參數(shù),可在試驗(yàn)段選擇如下裝置形式：

1)鉆孔全部下套管,孔底敞口,試驗(yàn)土層與孔底齊平。

2)鉆孔全部下套管至孔底,孔底敞口,試驗(yàn)土層頂板為不透水層。

3)鉆孔不下套管或部分下套管,試驗(yàn)段裸露或下花管,孔壁與孔底進(jìn)水。

4)鉆孔不下或部分下套管,試驗(yàn)段裸露或下花管,孔壁與孔底進(jìn)水,試驗(yàn)土層頂部為不透水層。

變水頭滲透系數(shù)應(yīng)按下式計(jì)算：

式中

a——變水頭管的斷面積（cm2）；

2.3——ln 和log 的變換因數(shù)；

L——滲徑，即試樣高度（cm）；

t₁，t₂——分別為測讀水頭的起始和終止時(shí)間（s）；

H₁，H₂——起始和終止水頭。

1、滯后時(shí)間的概念

在鉆孔中注水后出現(xiàn)一剩余水頭H₀并以初始流量q₀進(jìn)行滲透,當(dāng)H₀消散到零水頭時(shí)所需要的時(shí)間為滲透時(shí)間。但實(shí)際上剩余水頭H₀與滲透流量q是隨時(shí)間而變化的,所以要找到一個(gè)變量,使剩余水頭與相應(yīng)的時(shí)間所取得的結(jié)果恰等于上述剩余水頭H₀以初始流量q₀的流速使H₀消散時(shí)所需的時(shí)間T,稱為滯后時(shí)間。

2、滯后時(shí)間的原理

根據(jù)達(dá)西定律,可確定在剩余水頭H₀的情況下其初始流量q₀為:

q₀=KH₀F

式中:q₀——為初始流量,cm³/min;

H₀——為初始剩余水頭,cm;

F——為試驗(yàn)段和蓄水管的幾何形狀系數(shù),cm(右表)。

1.變水頭滲透儀要有銘牌,銘牌上應(yīng)標(biāo)明產(chǎn)品名稱、型號規(guī)格、編號、制造廠名和出廠日期。

2.儀器鑄件表面應(yīng)無明顯氣孔砂眼,滲水涂層應(yīng)平整光潔均勻和色調(diào)一致,不應(yīng)有起皮碰傷劃痕等影響外觀質(zhì)量的疵弊。

3.上蓋下蓋及套筒應(yīng)以耐腐蝕耐磨損不易變形的金屬材料制造,表面及內(nèi)壁表面粗糙度RM6.3。

4.透水板兩端應(yīng)平整,其滲透系數(shù)應(yīng)不小于1X10三次方厘米。

5.環(huán)刀,應(yīng)符合（切土環(huán)刀）SD191-86的規(guī)定。

6.儀器組裝擰緊后環(huán)刀應(yīng)不懸空和不受壓損并應(yīng)在100KPa氣壓下不泄漏.

7.水力量管應(yīng)符合B級滴定管1-100ml要求。

變水頭法是指在實(shí)驗(yàn)室測定滲透系數(shù)的試驗(yàn)過程中，水頭差一直隨時(shí)間變化，且適用于測定滲透性很小的黏性土的試驗(yàn)方法。

由于細(xì)粒土滲透系數(shù)很小，流經(jīng)試樣的水量很少，難以準(zhǔn)確測量，所以細(xì)粒土適用變水頭滲透試驗(yàn)法。

在變水頭試驗(yàn)中，土樣高L，橫截面面積為A，在初始水頭差h₀作用下，水從帶有刻度的變水頭管(截面面積為口)中自下而上滲過土樣，保持土樣頂面的水頭不變，變水頭管中的水位將逐漸下降，滲流的總水頭隨之減小。

試驗(yàn)時(shí)，測記初始時(shí)刻t₀和一定時(shí)間t₁對應(yīng)的總水頭差h₀和h₁，同時(shí)測記水溫，根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果和達(dá)西定律，即可推出土樣滲透系數(shù)K_r的表達(dá)式：

K_r=（a×L）/A（t₁-t₀）×ln（h₀/h₁）