[科普中国]-常水头渗透试验

目的

土具有被水透过的性能称为土的渗透性。渗透性质是土体的重要的工程性质，决定土体的强度性质和变形、固结性质，渗透问题是土力学的三个重要问题之一，与强度问题、变形问题合成土力学的主要三大问题。渗透试验主要是测定土体的渗透系数，渗透系数的定义是单位水力坡降的渗透流速，常以cm/s 作为单位。1

原理常水头渗透试验原理就是在试验装置中测出渗流量，不同点的水头高度，从而计算出渗流速度和水力梯度，代入以下式计算出渗透系数。

由于土的渗透系数变化范围很大，自大于10-1cm/s到小于10-7cm/s，故实验室内常用两种不同的试验装置进行试验：常水头试验装置用来测定渗透系数k比较大的无凝聚性土的渗透系数。

试验采用的纯水，应在试验前用抽气法或煮沸法脱气。试验时的水温宜高于试验室温度3～4°C。1

试验仪器金属封底圆筒、金属孔板、滤网、测压管和供水瓶金属圆筒内径为10cm，高40cm。当使用其他尺寸的圆筒时，圆筒内径应大于试样 最大粒径的10 倍。

1、常水头渗透仪测定粘质土在常水头下渗透试验的渗透系数。主要由上盖，底座，套座，环刀，透水石，螺杆等组成，该仪器与在压紧方式上改成中间螺旋杆旋压，并对同类型仪器不足之处做了适当改进，操作使用更为简便。

2、渗透容器：由环刀、透水石、套环、上盖和下盖组成。环刀内径61.8mm，高40mm；透水石的渗透系数应大于10-3cm/s）。

3、常水头装置；由渗透容器、变水头管、供水瓶、进水管等组成。变水头管的内径应均匀，管径不大于lcm，管外壁应有最小分度为1.0mm 的刻度，长度宜为2m 左右。1

操作步骤1．装好仪器并检查各管路接头处是否漏水，将调节管与供水管连通，由仪器底部充水至水位略高于金属孔板，关止水夹。

2．取具有代表性的风干试样2500g，称量准确至1.0g。

3．将试样分层装入圆筒，每层厚2-3cm，用木锤轻轻击实到一定厚度，以控制其孔隙比。

4．每层试样装好后连接供水管和调节管，并由调节管中进水，微开止水夹使试样逐渐饱和。当水面与试样顶面齐平，关止水夹。饱和时水流不应过急，以免冲动试样。

5．依上述步骤逐层装试样，至试样高出上测压孔3-4cm止。在试样上端放置金属孔板作缓冲层，待最后一层试样饱和后，继续使水位缓缓上升至溢水孔，当有水溢出时，关止水夹。

6．试样装好后，量测试样顶部至仪器上口的剩余高度，计算试样净高。称剩余试样质量准确至1g，计算装入试样总质量。

7．静置数分钟后，检查各测压管水位是否与溢水孔齐平。如不齐平，说明试样中或测压管接头处有集气阻隔，用吸水球进行吸水排气处理。

8．提高调节管，使其高于溢水孔。然后将调节管与供水管分开，并将供水管置于金属圆筒内。开止水夹，使水由上部注入金属圆筒内。

9．降低调节管口，使位于试样上部1/3处，造成水位差。水即渗过试样，经调节管流出。在渗透过程中应调节供水管夹，使供水管流量略多于溢出水量。溢水孔应始终有余水溢出以保持常水位。

10．测压管水位稳定后，记录测压管水位。计算各测压管间的水位差。

11．开动秒表，同时用量筒接取经一定时间的渗透水量，并重复1次。接取渗透水量时，调节管口不可没入水中。

12．降低调节管管口至试样中部及下部处，以改变水力坡降。按10和11规定重复进行测定。1

注意事项(1) 常水头试验中，每次测得的水头h1和h2的差值应大于10cm；

(2) 常水头试验过程中，若发现水流过快或出水口有混浊现象，应立即检查有无漏水或试样中是否出现集中渗流，若有，应重新制样试验；

(3) 渗透试验一定要用无气水作试验，否则，试验过程中水中的气泡会在试样内集中，使测得的渗透系数随渗透时间的延长不断减小，产生不允许的试验误差；

(4) 试验过程中，由于渗透力的作用，使土的干密度发生变化，从而使渗透系数发生变化，因此，渗透试验的时间不能太长，水头差不能太大；

(5) 规范规定采用水温20°C或10°C时的渗透系数作为标准渗透系数。1