滲透試驗

滲透試驗

滲透試驗是利用一些試驗器具測定岩土的滲透係數的試驗,分為室內試驗和野外測定試驗兩大類。

室內試驗

常水頭試驗法

就是在整個試驗過程中保持水頭為一常數,從而水頭差也為常數。 如圖:

試驗時,在透明塑膠筒中裝填截面為A,長度為L的飽和試樣,打開水閥,使水自上而下流經試樣,並自出水口處排出。待水頭差△h和滲出流量Q穩定後,量測經過一定時間 t 內流經試樣的水量V,則

V = Q*t = ν*A*t根據達西定律,v = k*i,則V = k*(△h/L)*A*t從而得出k = q*L / A*△h= = Q*L / A*△h*

常水頭試驗適用於測定透水性大的沙性土的滲透參數。粘性土由於滲透係數很小,滲透水量很少,用這種試驗不易準確測定,須改用變水頭試驗。

變水頭試驗法

就是試驗過程中水頭差一直隨時間而變化,其裝置如圖:

變水頭法測定滲透係數變水頭法測定滲透係數

水從一根直立的帶有刻度的玻璃管和U形管自下而上流經土樣。試驗時,將玻璃管充水至需要高度後,開動秒表,測記起始水頭差△h1,經時間 t 後,再測記終了水頭差△h2,通過建立瞬時達西定律,即可推出滲透係數 k 的表達式。

設試驗過程中任意時刻 t 作用於兩段的水頭差為△h,經過時間dt後,管中水位下降dh,則dt時間內流入試樣的水量為

dVe = -a dh

式中 a 為玻璃管斷面積;右端的負號表示水量隨△h的減少而增加。

根據達西定律,dt時間內流出試樣的滲流量為:

dVo = k*i*A*dt = k*(△h/L)*A*dt

式中,A——試樣斷面積;L——試樣長度。

根據水流連續原理, 應有dVe = dVo,即得到

k = (a*L/A*t)㏑(△h1/△h2)

或用常用對數表示,則上式可寫為

k = 2.3*(a*L/A*t)㏒(△h1/△h2)

野外試驗

試坑法

是在表層乾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,向試坑內注水,必需使試坑中的水位始終高出坑底約10厘米。為了便於觀測坑內水位,在坑底要設定一個標尺。求出單位時間內從坑底滲入的水量Q,除以坑底面積F,即得出平均滲透速度v=Q/F。當坑內水柱高度不大(等於10厘米)時,可以認為水頭梯度近於1,因而K(滲透係數)=V。這個方法適用於測定毛細壓力影響不大的砂類土,如果用在粘性土中,所測定的滲透係數偏高。

單環法

是試坑底嵌入一個高20厘米,直徑35.75厘米的鐵環,該鐵環圈定的面積為1000平方厘米。鐵環壓入坑底部10厘米深,環壁與土層要緊密接觸,環內鋪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內水柱,保持在10厘米高度上。試驗一直進行到滲入水量Q固定不變為止,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鬆散層、岩層的滲透係數值。

雙環法

是試坑底嵌入兩個鐵環,增加一個內環,形成同心環,外環直徑可取0.5米, 內環直徑可取0.25米。試驗時往鐵環內注水,用馬利奧特瓶控制外環和內環的水柱都保持在同一高度上,(例如10厘米)。根據內環取的的資料按上述方法確定鬆散層、岩層的滲透係數值。由於內環中的水只產生垂直方向的滲入,排除了側向滲流帶的誤差,因此,比試坑法和單環法精確度高。內外環之間滲入的水,主要是側向散流及毛細管吸收,內環則是鬆散層和岩層在垂直方向的實際滲透。

當滲水試驗進行到滲入水量趨於穩定時,可按下式精確計算滲透係數(考慮了毛細壓力的附加影響):K(滲透係數)= QL/ F(H+Z+L)。

式中:

Q-----穩定的滲入水量(立方厘米/分);

F------試坑內環的滲水面積(平方厘米);

Z-----試坑內環中的水厚度(厘米);

H-----毛細管壓力(一般等於岩土毛細上升高度的一半)(厘米);

L-----試驗結束時水的滲入深度(試驗後開挖確定)(厘米)。

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