變水頭滲透試驗是在鑽孔內進行的一種測定土體滲透係數的一種廣為套用的野外試驗方法。在試驗過程中,試驗水頭逐漸下降,最後趨近於零。根據套管內的試驗水頭下降的速度與時間的關係,計算試驗土層的滲透係數。本方法主要適用於地下水位以上或以下的粉土、砂土及滲透係數較小的粘性土。
基本介紹
- 中文名：變水頭滲透試驗
- 外文名：variable head permeability test
- 學科：土木工程
- 目的：測定土的滲透率
- 儀器：變水頭滲透儀
- 適用於：粉土、砂土
目的,試驗方法原理,試驗儀器,試驗步驟,技術要求,數據處理,注意事項,
目的
土具有被水透過的性能稱為土的滲透性。滲透性質是土體的重要的工程性質，決定土體的強度性質和變形、固結性質，滲透問題是土力學的三個重要問題之一，與強度問題、變形問題合成土力學的主要三大問題。滲透試驗主要是測定土體的滲透係數，滲透係數的定義是單位水力坡降的滲透流速，常以cm/s 作為單位。
試驗方法原理
1、滯後時間的概念
在鑽孔中注水後出現一剩餘水頭H0並以初始流量q0進行滲透,當H0消散到零水頭時所需要的時間為滲透時間。但實際上剩餘水頭H0與滲透流量q是隨時間而變化的,所以要找到一個變數,使剩餘水頭與相應的時間所取得的結果恰等於上述剩餘水頭H0以初始流量q0的流速使H0消散時所需的時間T,稱為滯後時間。
2、滯後時間的原理
根據達西定律,可確定在剩餘水頭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——為初始剩餘水頭,cm;
F——為試驗段和蓄水管的幾何形狀係數,cm(右表)。
試驗儀器
1、變水頭滲透儀測定粘質土在變水頭下滲透試驗的滲透係數。主要由上蓋，底座，套座，環刀，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，並對同類型儀器不足之處做了適當改進，操作使用更為簡便。
2、滲透容器：由環刀、透水石、套環、上蓋和下蓋組成。環刀內徑61.8mm，高40mm；透水石的滲透係數應大於10-3cm/s）。
3、變水頭裝置；由滲透容器、變水頭管、供水瓶、進水管等組成。變水頭管的內徑應均勻，管徑不大於lcm，管外壁應有最小分度為1.0mm 的刻度，長度宜為2m 左右。
試驗步驟
1、參照變水頭滲透儀水電部土工試驗規程SD128-012-84，製備樣，或參照JTJ051--93《公路土工試驗規程》T013-93
變水頭滲透試驗的試樣分原狀試樣和擾動試樣兩種，其製備方法分別為：
(a)原狀試樣：根據要測定的滲透係數的方向，用環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，禁止用修土刀反覆塗抹。放入飽和器內抽氣飽和（或其他方法飽和）；
(b)擾動試樣：當乾密度較大（ρd≥1.40g/cm3）時，用飽和度較低（St≤80%）土壓實或擊實辦法制樣；當乾密度較低時，使試樣泡於水中飽和後，製成需要乾密度的飽和試樣。
2、把滲水石，密封圈放入底座中，將套筒內壁塗一層凡士林，放入土樣環刀，刮淨多餘凡士林置於底座上。
3、裝好儀器，檢查是否漏水。將調節管與供水管相連，由儀器底部充水至水位達到金屬透水板頂面時，放入濾紙，關止水夾；
4、取代表性風乾土樣3~4kg，稱重精確至1g，測定風乾含水率；
5、將試樣分層裝入儀器，根據預定孔隙比控制試樣密度。每層裝完後從調節管進水至試樣頂面。最後一層應高出上測壓管孔3~4cm。待最後一層試樣飽和後，繼續使水位上升至圓筒頂面。將調節管卸下，使管口高於圓筒頂面，觀測三個測壓管水位是否與孔口齊平；
6、量測試樣頂面至筒頂余高，計算出試樣高度。稱量剩餘土樣，計算出裝入質量，計算試樣乾密度和孔隙比；
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，同時降低調節管高度，形成自下向上方向的滲流。固定調節管在某一高度，過一段時間後，三個測壓管水位達到穩定值，表明形成穩定滲流場；
8、在不大於200cm水頭作用下，靜置某一時間，待出水管口有水逸出後即可開始測定；
9、試驗時，將水頭管沖水至需要高度後關管夾開動秒表，同時測記起始水頭h1,經過時間t後，再測記終止，同是測記試驗時與終止時的水溫。
技術要求
1.變水頭滲透儀要有銘牌,銘牌上應標明產品名稱、型號規格、編號、製造廠名和出廠日期。
2.儀器鑄件表面應無明顯氣孔砂眼,滲水塗層應平整光潔均勻和色調一致,不應有起皮碰傷劃痕等影響外觀質量的疵弊。
3.上蓋下蓋及套筒應以耐腐蝕耐磨損不易變形的金屬材料製造,表面及內壁表面粗糙度RM6.3。
4.透水板兩端應平整,其滲透係數應不小於1X10三次方厘米。
5.環刀,應符合（切土環刀）SD191-86的規定。
6.儀器組裝擰緊後環刀應不懸空和不受壓損並應在100KPa氣壓下不泄漏.
7.水力量管應符合B級滴定管1-100ml要求。
數據處理
為了取得在各土層條件下測得工程所需的不同滲透參數,可在試驗段選擇如下裝置形式：
1)鑽孔全部下套管,孔底敞口,試驗土層與孔底齊平。
2)鑽孔全部下套管至孔底,孔底敞口,試驗土層頂板為不透水層。
3)鑽孔不下套管或部分下套管,試驗段裸露或下花管,孔壁與孔底進水。
4)鑽孔不下或部分下套管,試驗段裸露或下花管,孔壁與孔底進水,試驗土層頂部為不透水層。
變水頭滲透係數應按下式計算：
式中
a——變水頭管的斷面積（cm2）；
2.3——ln 和log 的變換因數；
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間（s）；
H1，H2——起始和終止水頭。
注意事項
(1) 變水頭試驗中，每次測得的水頭h1和h2的差值應大於10cm；
(2) 變水頭試驗過程中，若發現水流過快或出水口有混濁現象，應立即檢查有無漏水或試樣中是否出現集中滲流，若有，應重新制樣試驗；
(3) 滲透試驗一定要用無氣水作試驗，否則，試驗過程中水中的氣泡會在試樣內集中，使測得的滲透係數隨滲透時間的延長不斷減小，產生不允許的試驗誤差；
(4) 試驗過程中，由於滲透力的作用，使土的乾密度發生變化，從而使滲透係數發生變化，因此，滲透試驗的時間不能太長，水頭差不能太大；
(5) 規範規定採用水溫20°C或10°C時的滲透係數作為標準滲透係數。
