土工试验规程—粗颗粒土的渗透及渗透变形试验

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粗颗粒土的渗透及渗透变形试验S 3- 06 19 L2 7 5- 99

目的和适用范围 1 0 1本试验的目的是侧足粗颗粒土在渗流水通过时，样的渗 ..试

透系数和细颗粒随渗流逐渐流失的临界坡降 (管涌)及土体整体浮动时的破坏坡降 (流土)。10 2本试验适用于扰动的粗颗粒土试样和原状粗颗粒土试样。 ..

2引用标准

S 14 5 L 1-9杠杆式固结仪校验方法。 S 27 5- 19粗颗粒土的土样制备》 L 3-03 99《。3仪器设备

31仪器设备 . 311垂直渗透变形仪：图 311包括仪器筒、 ..见 ..。顶盖、底座、透水板及支架。仪器筒身内径为 2 c和 3 c 0 m 0 m两种；仪器高度分别为直径的 3和 2倍倍。顶盖中心为一活塞套。透水板分上透水板和下透水板，上透水板兼起传递荷载作用。透水板孔径分别为 3 5 7 (, mm在下渗水板之下，也可设置斜透水板，坡度为， C: )￣ (: -) 15,用以排除水中含气，斜透水板上端设有排气孔 )。

312供水设备： ..供水箱，提升架、皮管。橡供水箱设置溢流堰，能保持常水头。 313加荷设备：活塞杆、加荷框架、加荷杠杆和百分表支架 ..4.0 3

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3 14量测设备： ..测压管、量筒、秒表、温度计、百分表和测压装置。 3 15其他设备： . .击锤 (或振动器)台、秤、天平及标准筛等 32仪器设备的检定和校准 . 32 1加荷设备：加荷框架、加荷杠杆 ..应参照 S 14 5的杠杆校验和珐码校 L -9 1验进行校验。 322量测设备： ..量筒、秒表、温度计、百分表等应按有关规程进行检定。 323台秤、天平应按有关检定规程进 ..行检定。

33仪器检查 . 33 1将下进水口与供水管相连接，使 ..仪器充水，检查仪器的各部件是否堵塞及漏水等。检查完毕后，降低供水箱，使水箱中水位与下透水板的下沿齐平。 332取去顶盖，放人孔径 5的下 .. mm透水板，并铺以同样直径的滤网，以免细料漏失沿仪器壁和滤网之间的接触缝隙涂一圈油泥或橡皮泥

图 311 ..垂直渗透变形仪示意图 1一简身水板 2一上盖；3上透一 4一下透水板；斜透 5一

水板；一上进水口( 6溢水口); 7一下进水口(溢水口) 8;一测压孔 9一排气孔工一上排。气孔 .1

1-橡皮止水；2 1-集砂器；1一支架 3

333开启全部测压孔，使之处于排气状态。 ..4操作步骤

4 1试样制备 . 4 11扰动试样制备。 .. 1从风干松散的土样中， 、取具有代表性土样，进行颗粒分析试验，确定试样的颗粒级配，并绘制颗粒级配曲线。 2根据试验土样粒径， 按仪器内径应大于试样粒径 ds 5 a的倍

431

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选择仪器。当常规试验的仪器内径不能满足要求时，应设计加工大直径的渗透变形仪。或根据试样情况，可对最大允许粒径以上的亦粗颗粒按 S 27 5- 9规程 3 13 L 3-03 1 9 9 ..的规定加以处理。 3根据需要控制的干密度及试样高度， 按式 (. )计算 411 .试样质量：

式中 m,—

m ,=pa'',r h (..) 411试验需要的干土质量，; 9

P一一 的干密度，Sc;,需控制/m' r一 ,c一仪器筒身半径 m; h一试样高度 m ,c‘一 4称取试样后， 为减少粗细颗粒分离现象，保证试样的均匀性，应当分层装填试样，且每层的级配应相f,还可酌加相当于 a l试样质量 1 0-%的水分，拌和均匀后再进行装样。 0-2 s将称好的试样均匀分层装人仪器中，击实锤 ( 用对于风化石渣或易击碎之土料可采用振动加密法)击实。达到要求的密度试样总厚度：砂土不小于 1 c 0 m;细砾石不小于 1 c中粗砾石 5 m;

为2-2 c;石不应小于d的3倍，包括试 0 5卵 m; -5以样中最大颗粒为度。装填分层厚度砂土一般为 2 c砂砾石及砂卵石为^3 m; d: 15 .倍。, .一2。的 4 12原状试样制备 .. 1取样位置应选择有代表性地层和渗流流态条件的不同部 位，如防渗墙底部、坝基内部段、水流出逸段、抗渗强度较低处等部位取样。

2在取样地点首先挖一尺寸大于试样尺寸的土柱， 除去土样表面的扰动土，再用削土工具小心地慢慢地将土样削至所要求尺寸 (圆形 ) 3环绕 土柱底四周的水平土面仁垫一层砂，并使垫砂铺平整

4套上筒身，身与试样周围间隙大致相等， 筒埋设中间测压管，间距 1 c左右，然后在试样周围浇注膨胀

快凝水泥砂浆 0 m4 2 3

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( 配合比：水灰比。6、灰砂比 1 1 . 5:,掺 2%生石膏、2%氯化 0 0钙、。05 0%铝粉 ),浇好养护 5待砂浆有一定强度后 ( 一般 2 h,小心地切断土柱，然 4 )后连同筒身运至室内将试样削平，在试样下端放置下透水板及斜透水板。接上下进水口，并与供水管连接 42试样饱和 . 421试样装好后， ..测量试样的实际厚度，然后采用热水饱和法进行饱和，即在供水箱内贮存热水，使水位略高于试样底面位置，

再缓慢地提升水箱，每次提升 1待水箱水位与试样中 c m,水位相等，并停 1 mi,提升水箱。随着供水箱上升， 0 n后再让水由仪器底部向上渗人，使试样缓慢饱和，以完全排除试样中的空气。与此同时，随着水位上升，应接通相应的测压管。若试验用自来水， (应至少贮存一天曝气后再用来作试验用水，以减少水中气体的离析 )。

422为减少试验过程中由于试验用水分离出的气泡堵塞试样 ..孔隙，影响试验准确度，力求使试验用水的温度等于或高于室温，或采用其他排气措施 43试验步骤 . 431根据工程要求，如需要在试验过程中在试样顶面施加荷 ..载，则利用加荷设备，通过活塞及_透水板对试样施加荷载。[ 43 2试验时， ..选择初始渗透坡降及渗透坡降递增值，应先根据细粒含量大致判别试样渗透变形的破坏形式。如为管涌破坏，则渗透坡降初始值及递增值要小一些。如为流土破坏，则渗透坡降初始值及递增值应大一些。其原则是既要测得试样临发生变形前的坡降，又能准确地测得临界坡降。 433提升供水箱， ..使供水箱的水面高出渗透容器的溢水口 (上进水口),保持常水头差，形成初始渗透坡降。 434对管涌土，加第一级水头时，初始渗透坡降可为。0- .. .2 00; 13然后一般可按。0,, 1, .,,,,, .5 01。 5。2 0 3 04 05 07 . . . . .

10 1,, . . ., 20…等坡降递增但在接近临界坡降时， 5渗透坡降

43 3

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递增值应酌量减小。对于非管涌土，初始渗透坡降可适当提高，渗透坡降递增值应适当放大 435每次升高水头 3 mi 1 .. 0 n至 h后，测记测压管水位，并用量筒测读渗水量 3次。每次测读间隔时间一般为 1^2 mi。同时

0 -0 n测读水温、室温。对非管涌土，测读间隔时间可适当延长。仔细观察试验过程中出现的各种现象，如水的浑浊程度、冒气泡、细颗粒的跳动、移动或被水流带出、土体悬浮、渗流量及测压管水位的变化等，并描述记于记录中。 43‘如果连续 4次测得的水位及渗水量基本稳定， ..又无异常现象，即可提升至下一级水头。 437对于每级渗透坡降，均按本规程 435的规定重复进行， .. . .直至试验破坏。当水头不能再继续增加时，即可结束试验。5计算和制图

501按下列两式计算试样的干密度和孔隙率。 ..1干密 度：刀d

t' rh

( . .- ) 5 0 11

2孔隙率：

一( 1一- .二

P{n iw \,, d、。

( 0. - 5. 1 2)

P行， w l

式中

n a—试样干质量， d r试样半径，—六一一试样高度，

c m;

P d干密度，/ '— g; c m p一 -一水的密度，/ a gc; mn —孔隙率，%; G—土粒 比重。,土粒 比重 G应为粗细颗粒混合比重，即：43 4

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(- . ) 5 0 13 -

式中 G,—分别为粒径大于和小于 5, a G尸、尸—分别为粒径大于和小于 5 :

Inr m

的土粒比重；土的含量，%

502按式 ( 02 .. 5 .)计算渗透坡降： .

,万一 =式中 I—渗透坡降；△ H—测压管水头差，c m;

△l 了 ( .0 5 .2)

L与水头差△ H相应的渗—径长度，503按式 (..)计算渗透流速： .. 503

协

v= A

Q ( -0 ) 5 -3

式中 Q渗量，m s一流 c丫； A试面 c' 积，m;—样。渗透流速 m/> ,c s— 504按式 (..)计算渗透系数： .. 504

(. ) 5 04 - k= v T

,

式中符号见本规程式 ( 02、式 ( 03 5 .) . 5 -) -注：标准温度 (0 2 C〕

时试样的渗透系数应为 k=k .,度的关系杳 5.3-04 19渗透试验》表 342 1 7 1- 9《 2 9 ., .

7比念温 s值0 o 7,, 5

505在双对数纸上， ..以渗透坡降：为纵坐标，渗透速度二为横坐标，绘制渗透坡降与渗流速度关系曲线 ( i v曲线)如图 l -I g g,S. 5e 0.

506对管涌破坏的试样，应分别确定其临界坡降及破坏坡降 ..首先根据试样的总厚度作出 Ii I,曲线，必要时还应作出测压 g- g -,

管之间试样厚度的l-l曲线。 g g i v临界坡降可根据I -g关系 g l i二曲线 ( 505图 . )进行判断。 .

43 万

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图 50 5 1, g .. 9一ly曲线

当 1; g y关系曲线的斜率开始变化，并观察到细颗粒开始 9一l跳动或被水流带出时，认为该试样达到了临界坡降；,其 *值为：+一2 ( 0.一 5. 6 1)

式中礼—开始出现管涌时的坡降； 1 1开始出现管涌前一级的坡降。—随着水头逐步加大，细粒不断被冲走，渗透流量变大，当水 头增加到试样失去抗渗强度 .该坡降称为试样的破坏坡降 1,其 *值为：汽+衬

‘=一一厂一丁

( .0一 5 .6 2)

式中；—试样破坏时的渗流坡降；, 2 1—试样破坏前一级的渗流坡降。 1发生流土破坏时，有时 1不易测得，则可按下式计算： :

1 2 ;=,、 (..一) 50636记录

601本试验记录格式如表 6o .. ..43 6

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粗颗粒土的渗透及渗透变形试验S 3- 06 19 L2 7 5- 9 9 102粗颗粒土的渗透变形试验，在 S 18 7《 .. D 2-8土工试验规程》三分册中，为三个试验项目：无粘性扰动试样从下向上第分“渗透变形试验”无粘性土扰动试样水平管涌试验”及“、“原状土渗透变形试验”这三个试验项目的内容和方法都基本一致。,为了简化起见，在本次规程修改中，将这三个试验项目合并为一个试验。其中原状土样，扰动土样均用同一仪器—垂直渗透变形仪。 3 11关于垂直渗透变形仪器， ..在这次修改中，仍采用试样直径为 2 c及 3 c的两种。其相对应的断面积为

34及 76 0 m 0 m 1c m' 0 c m,也可采用直径为 2.这样做是为了便于计算渗透速度。 26 c m,仪器内径与试验土样最大粒径 (姚5之比值可选为 4。或 ) -6个别地区可视当地材料而具体确定合适的比值。仪器高度一般来说为内径的 2倍。 -3仪器分进水段、试样段和出水段。仪器筒身可用无缝有机玻璃管制成，也可用嵌有玻璃的铁质圆筒，以便观察。 313加荷设备。加荷的目的在 ..于使试验更好地符合天然受力状

态。 313图 ..所示设备可供参考。目前，加荷 设备大都采用杠杆式。一般均用于小直径仪器中。若用于大直径仪器，则所需荷载总量较大，设备也要加大，应用不便，占地较多。且也可采用其他方式加荷，例如气压。 314测压管的布置原则。 ..7 26

图 313加荷设备示意图 ..1进水口；2一一试样；3一出水口

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1在仪器进水段及出水段应各布置一个测压管， 以测定试样总坡降。 2试样段测压管应布置较密些一般每隔 50布置一个。 . c m布置方式不限，可以分排布置，也可以螺旋形布置或其他布置形式。

3在作反 滤层试验时，在反滤层与被保护土之间及反滤必须层每层之间的接触面上布置测压管。 4在作水 平渗透变形及接触冲刷试验时，在不同介质接触面上，应每隔 5布置测压管。 c m 5测压板上的玻璃管一定要垂直，玻璃管内径相互误差 各个

不大于2 m m,6测压板上零点读数， 应低于仪器的第一个测压管，测压板上的最高读数应比最高水箱的水位略高些。 411关于超粒径处理办法见 S 27 03 19粗颗粒土的 .. L 3- 5- 99《土样制备》313文说明。 ..条试样装人仪器内，不可能与仪器边壁很好结合，容易形成边 壁通道，渗流集中。因此，管涌往往首先从边壁孔隙内发生。这样，测得的管涌临界坡降就会偏小，使得试验成果失真，必须进行边壁外理。其处理办法，目前均处在摸索阶段，例如用凡士林或橡皮泥涂在侧壁周围等。这些处理办法均是在试样分层装人仪器时，同时逐层进行的。 412过滤排气可以起到一定作用， ..当水流自下向上流动时，先通过倾斜透水板滤气并通过排气孔排出，然后通过下透水板进人试样，可以收到一定效果。

433434为了 .

, . . .缩短试验时间，8规程”"7将渗流坡降的递增值，采用逐级加大的方法，即是随着试验的不断进行，将其相邻两级的坡降差额，逐步加大，类似于等比级数那样。这样做的目的是既节省了试验时间，又不会增大相对误差。但应按既要取得试样临发生变形前的坡降值，又要能准确找到变形的临界坡降的原则，视具体情况掌握对于非管涌土，递增值可大些，对于管

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涌土递增值宜小些。在临界状态以后至破坏坡降这一段，由于历时较长，递增值可大些 504 505试验中对管涌的鉴别， ., . . .国内外缺乏一个明确标准，概括起来，不外乎下列几种： 1试验人员从仪器周壁及试样表面，直接用肉眼观察 z在双对 数纸上，以渗流坡降 ()为纵坐标，渗透速度 I c) v为横坐标，绘制 i系曲线。 -v关若试验期间，温度变化不大，坡降较小，则根据达西定律：即管涌发生以前，一二 i线段应为直线，其斜率等于 1管涌开始后，;一般说来，该直线段将发生明显转折。 3供水水箱位置升高， 而上游测压管水位并不相应升高，甚至下降，流量加大，说明试样内部结构已起变化 4试样表面有 2的面积出现细粒跳动， 邝或泉眼翻滚，形成破坏。

从上面所列举的几条标准来看，立足点并不一致，有的是说 明管涌的临界坡降，的则是说明管涌的破坏坡降。有对管涌而言，其变形有一个发展过程。 i关系曲线上表现为：在 -v当第一个阶段接近终了时，斜率为 1的直线段发生转折，到达管涌临界坡降管涌过程进人第二阶段，这时 i直线与横轴成某一角度继续上 -v升。在经历一个过程后，到达第三阶段，时 i-此^v曲线的纵坐标，值随 v的增大而减小，此转折点所对应的坡降值为破坏坡降。综上所述，对管涌的鉴定，应以：-^v曲线为主，并结合目测。

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