[科普中国]-变水头渗透试验

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

试验方法原理1、滞后时间的概念

在钻孔中注水后出现一剩余水头H0并以初始流量q0进行渗透,当H0消散到零水头时所需要的时间为渗透时间。但实际上剩余水头H0与渗透流量q是随时间而变化的,所以要找到一个变量,使剩余水头与相应的时间所取得的结果恰等于上述剩余水头H0以初始流量q0的流速使H0消散时所需的时间T,称为滞后时间。

2、滞后时间的原理

根据达西定律,可确定在剩余水头H0的情况下其初始流量q0为:

q0=KH0F

式中:q0——为初始流量,cm3/min;

H0——为初始剩余水头,cm;

F——为试验段和蓄水管的几何形状系数,cm(右表)。1

试验仪器1、变水头渗透仪测定粘质土在变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、变水头装置；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。2

试验步骤1、参照变水头渗透仪水电部土工试验规程SD128-012-84，制备样，或参照JTJ051--93《公路土工试验规程》T013-93

变水头渗透试验的试样分原状试样和扰动试样两种，其制备方法分别为：

(a)原状试样：根据要测定的渗透系数的方向，用环刀在垂直或平行土层面方向切取原状试样，试样两端削平即可，禁止用修土刀反复涂抹。放入饱和器内抽气饱和（或其他方法饱和）；

(b)扰动试样：当干密度较大（ρd≥1.40g/cm3）时，用饱和度较低（St≤80%）土压实或击实办法制样；当干密度较低时，使试样泡于水中饱和后，制成需要干密度的饱和试样。

2、把渗水石，密封圈放入底座中，将套筒内壁涂一层凡士林，放入土样环刀，刮净多余凡士林置于底座上。

3、装好仪器，检查是否漏水。将调节管与供水管相连，由仪器底部充水至水位达到金属透水板顶面时，放入滤纸，关止水夹；

4、取代表性风干土样3~4kg，称重精确至1g，测定风干含水率；

5、将试样分层装入仪器，根据预定孔隙比控制试样密度。每层装完后从调节管进水至试样顶面。最后一层应高出上测压管孔3~4cm。待最后一层试样饱和后，继续使水位上升至圆筒顶面。将调节管卸下，使管口高于圆筒顶面，观测三个测压管水位是否与孔口齐平；

6、量测试样顶面至筒顶余高，计算出试样高度。称量剩余土样，计算出装入质量，计算试样干密度和孔隙比；

7、供水管向圆筒顶面供水，使水面始终保持与渗透仪顶面齐平，同时降低调节管高度，形成自下向上方向的渗流。固定调节管在某一高度，过一段时间后，三个测压管水位达到稳定值，表明形成稳定渗流场；

8、在不大于200cm水头作用下，静置某一时间，待出水管口有水逸出后即可开始测定；

9、试验时，将水头管冲水至需要高度后关管夹开动秒表，同时测记起始水头h1,经过时间t后，再测记终止，同是测记试验时与终止时的水温。2

技术要求1.变水头渗透仪要有铭牌,铭牌上应标明产品名称、型号规格、编号、制造厂名和出厂日期。

2.仪器铸件表面应无明显气孔砂眼,渗水涂层应平整光洁均匀和色调一致,不应有起皮碰伤划痕等影响外观质量的疵弊。

3.上盖下盖及套筒应以耐腐蚀耐磨损不易变形的金属材料制造,表面及内壁表面粗糙度RM6.3。

4.透水板两端应平整,其渗透系数应不小于1X10三次方厘米。

5.环刀,应符合（切土环刀）SD191-86的规定。

6.仪器组装拧紧后环刀应不悬空和不受压损并应在100KPa气压下不泄漏.

7.水力量管应符合B级滴定管1-100ml要求。1

数据处理为了取得在各土层条件下测得工程所需的不同渗透参数,可在试验段选择如下装置形式：

1)钻孔全部下套管,孔底敞口,试验土层与孔底齐平。

2)钻孔全部下套管至孔底,孔底敞口,试验土层顶板为不透水层。

3)钻孔不下套管或部分下套管,试验段裸露或下花管,孔壁与孔底进水。

4)钻孔不下或部分下套管,试验段裸露或下花管,孔壁与孔底进水,试验土层顶部为不透水层。

变水头渗透系数应按下式计算：

式中

A——变水头管的断面积（cm2）；

2.3——ln 和log 的变换因数；

L——渗径，即试样高度（cm）；

t1，t2——分别为测读水头的起始和终止时间（s）；

H1，H2——起始和终止水头。1

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

(2) 变水头试验过程中，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。2