實驗2：滲透試驗

1、滲滲 透透 試試 驗驗基本知識基本知識滲透滲透：水在土體孔隙中流動的現(xiàn)象；：水在土體孔隙中流動的現(xiàn)象；滲透系數(shù)滲透系數(shù)是表達這是表達這一現(xiàn)象的定量指標，由于影響滲透系數(shù)的因素十分復雜一現(xiàn)象的定量指標，由于影響滲透系數(shù)的因素十分復雜，目前室內(nèi)和現(xiàn)場用各種方法所測定的滲透系數(shù)，仍然，目前室內(nèi)和現(xiàn)場用各種方法所測定的滲透系數(shù)，仍然是個比較粗略的數(shù)值。是個比較粗略的數(shù)值。土的滲透性土的滲透性：土具有被水透過的性能。：土具有被水透過的性能。滲透所引起的問題：滲透所引起的問題：1. 水的問題；水的問題；2.土的問題。土的問題。達西滲透定律達西滲透定律qhvkkiALhqkAL基本知識基本知識 法國人達西，

2、法國人達西，1855年提年提出了達西定律出了達西定律 水在土中滲透的滲流量水在土中滲透的滲流量q與滲流斷面積與滲流斷面積A及水頭差及水頭差h 成正比，與斷面間成正比，與斷面間距距L成反比，成反比， 在試驗裝置中測出滲流量，不同點的水頭高在試驗裝置中測出滲流量，不同點的水頭高度，從而計算出滲流速度和水力梯度，根據(jù)達西滲度，從而計算出滲流速度和水力梯度，根據(jù)達西滲流定律計算出滲透系數(shù)。由于土的滲透系數(shù)變化范流定律計算出滲透系數(shù)。由于土的滲透系數(shù)變化范圍很大，自大于圍很大，自大于10-1cm/s到小于到小于10-7cm/s。實驗室。實驗室內(nèi)常用兩種不同的試驗裝置進行試驗：內(nèi)常用兩種不同的試驗裝置進行

3、試驗：常水頭試驗常水頭試驗用來測定滲透系數(shù)用來測定滲透系數(shù)k比較大的無粘性土（砂土）的比較大的無粘性土（砂土）的滲透系數(shù)；滲透系數(shù)；變水頭試驗變水頭試驗用來測定滲透系數(shù)用來測定滲透系數(shù)k較小的較小的粘土和粉土的滲透系數(shù)。粘土和粉土的滲透系數(shù)。試驗原理試驗原理常水頭試驗 儀器設備儀器設備 (1) 70型滲透儀，其中型滲透儀，其中封底圓筒高封底圓筒高40cm， 內(nèi)徑內(nèi)徑10cm，金屬孔扳距，金屬孔扳距筒底筒底6cm。 (2)其他：木錘、秒表、其他：木錘、秒表、天平、量筒等。天平、量筒等。常水頭試驗 試驗時，由于供水瓶不試驗時，由于供水瓶不斷補充水，使土樣上游水位斷補充水，使土樣上游水位保持不變。出

4、水口位置可調(diào)，保持不變。出水口位置可調(diào)，一旦固定好出水口位置，上一旦固定好出水口位置，上下游水位差就固定了。當達下游水位差就固定了。當達到穩(wěn)定滲流后，三個測壓管到穩(wěn)定滲流后，三個測壓管中水位即為定值，相鄰兩根中水位即為定值，相鄰兩根測壓管間滲徑長度均為測壓管間滲徑長度均為L10cm；設從測壓管后標尺；設從測壓管后標尺上讀出的測壓管的水位分別上讀出的測壓管的水位分別為為h1、h2、h3，則在長度，則在長度上平均水頭差為上平均水頭差為: 12231322hhhhhhh 常水頭試驗 用量筒測定滲流量，若用量筒測定滲流量，若 t時段內(nèi)測得的滲出水量為時段內(nèi)測得的滲出水量為 Q，則滲流速度為：則滲流速度

5、為：Qvt A hvkikL 滲透系數(shù)為：滲透系數(shù)為：vLkhQ Lkt Ah 操作步驟操作步驟常水頭試驗1.按圖將儀器裝好，接通按圖將儀器裝好，接通調(diào)節(jié)管和供水管，使水流調(diào)節(jié)管和供水管，使水流到儀器底部，到儀器底部，水位略高于水位略高于金屬孔板金屬孔板，關止水夾關止水夾；2.取具有代表性風干土樣取具有代表性風干土樣34kg，稱量準確至，稱量準確至1g，并，并測其風干含水率；測其風干含水率；操作步驟操作步驟常水頭試驗3.將試樣將試樣分層裝入分層裝入儀器，儀器，據(jù)預定孔隙比控制試樣密據(jù)預定孔隙比控制試樣密度。度。每層裝完后從調(diào)節(jié)管每層裝完后從調(diào)節(jié)管進水至試樣頂面進水至試樣頂面。最后一。最后一層應

6、高出上測壓管孔層應高出上測壓管孔34cm，并在試樣頂面鋪并在試樣頂面鋪2cm礫石作為礫石作為緩沖層緩沖層。待。待最后一層試樣最后一層試樣飽和飽和后，繼后，繼續(xù)使水位上升至圓筒頂面。續(xù)使水位上升至圓筒頂面。將調(diào)節(jié)管卸下，使管口高將調(diào)節(jié)管卸下，使管口高于圓筒頂面，于圓筒頂面，觀察三個測觀察三個測壓管水位是否與孔口平齊壓管水位是否與孔口平齊；操作步驟操作步驟常水頭試驗4.量測試樣頂面至筒頂余高，計量測試樣頂面至筒頂余高，計算出試樣高度。稱量剩余土樣，算出試樣高度。稱量剩余土樣，計算出裝入土（試樣）質量，計計算出裝入土（試樣）質量，計算試樣算試樣干密度和孔隙比干密度和孔隙比；5.供水管向圓筒頂面供水，

7、使供水管向圓筒頂面供水，使水水面始終保持與滲透儀頂面齊平面始終保持與滲透儀頂面齊平（試驗操作表明保持水位與溢水（試驗操作表明保持水位與溢水孔面平齊較困難），同時降低調(diào)孔面平齊較困難），同時降低調(diào)節(jié)管高度，形成自上向下方向的節(jié)管高度，形成自上向下方向的滲流。固定調(diào)節(jié)管在某一高度。滲流。固定調(diào)節(jié)管在某一高度。過一段時間以后，三個測壓管水過一段時間以后，三個測壓管水位達到穩(wěn)定值，表明形成位達到穩(wěn)定值，表明形成穩(wěn)定滲穩(wěn)定滲流場流場；操作步驟操作步驟常水頭試驗6.記錄三個測壓管水位記錄三個測壓管水位h1、h2、h3 ， 計算平均水位差計算平均水位差 h和水力和水力梯度梯度i；7.開動秒表，用量筒接取經(jīng)過

8、一開動秒表，用量筒接取經(jīng)過一段時間段時間 t的滲水量的滲水量 Q，量測，量測滲透水的滲透水的水溫水溫T；8.改變調(diào)節(jié)管的高度，達到滲透改變調(diào)節(jié)管的高度，達到滲透穩(wěn)定后，重復穩(wěn)定后，重復6、7的步驟，平行的步驟，平行進行進行56次試驗；次試驗；9.按公式計算每次量測的水溫按公式計算每次量測的水溫T時的滲透系數(shù)時的滲透系數(shù)kTi；操作步驟操作步驟常水頭試驗10.計算滲透系數(shù)均值；計算滲透系數(shù)均值；11.按下式折算到按下式折算到20時的滲透時的滲透系數(shù)系數(shù)k20；2020TTkk變水頭試驗。 (1)變水頭滲透裝置變水頭滲透裝置 (2)其他：切土器，其他：切土器，溫度計，削土刀，秒溫度計，削土刀，秒表

9、、鋼絲鋸，凡士林表、鋼絲鋸，凡士林等。等。變水頭試驗。 試驗時，與試樣底部相連的玻璃測試驗時，與試樣底部相連的玻璃測壓管內(nèi)充一定高度的水，自試樣底向試壓管內(nèi)充一定高度的水，自試樣底向試樣頂滲透，從試樣頂部的出水口流出。樣頂滲透，從試樣頂部的出水口流出。對于飽和土體的滲流，出水口出水后單對于飽和土體的滲流，出水口出水后單位時間測壓管內(nèi)的水滲入試樣的量應等位時間測壓管內(nèi)的水滲入試樣的量應等于出水口排出的量，即滲流量。于出水口排出的量，即滲流量。 設設t1時刻測壓管中水位與出水口水時刻測壓管中水位與出水口水位差為位差為h1，到，到t2時刻水位差降為時刻水位差降為h2。設。設在在(t1，t2)時段內(nèi)某

10、一時刻時段內(nèi)某一時刻t，進出水口水，進出水口水位差為位差為h，經(jīng)過，經(jīng)過dt時段后，測壓管中水時段后，測壓管中水位降低位降低dh。若測壓管內(nèi)截面積為，試。若測壓管內(nèi)截面積為，試樣橫截面積為，試樣高度為。樣橫截面積為，試樣高度為。t時刻，時刻，土樣中的平均水力梯度為：土樣中的平均水力梯度為：變水頭試驗。 dt時段內(nèi)的滲出水量為時段內(nèi)的滲出水量為dQ=-adh，故滲透速度為：故滲透速度為：hiLa dhvdt A ha dhvkikLdt A 變水頭試驗 從從t1時刻到時刻到t2時刻進出水口水位差時刻進出水口水位差從從h1到到h2。dhk Adtha L2211hthtdhk Adtha L121

11、22.3lgha LkA tth操作步驟操作步驟變水頭試驗1.試樣制備：變水頭滲透試驗的試樣分原試樣制備：變水頭滲透試驗的試樣分原狀試樣和擾動試樣兩種，其制備方法分別狀試樣和擾動試樣兩種，其制備方法分別為：為：(a)原狀試樣：根據(jù)要測定的滲透系數(shù)的方原狀試樣：根據(jù)要測定的滲透系數(shù)的方向，用環(huán)刀在垂直或平行土層面方向切取向，用環(huán)刀在垂直或平行土層面方向切取原狀試樣，原狀試樣，試樣兩端削平試樣兩端削平即可，即可，禁止用修禁止用修土刀反復涂抹土刀反復涂抹。放入飽和器內(nèi)。放入飽和器內(nèi)抽氣飽和抽氣飽和（或其它方法飽和）；（或其它方法飽和）；(b)擾動試樣：用擾動試樣：用飽和度較低（飽和度較低（Sr80）

12、的土壓實或擊實）的土壓實或擊實辦法制樣，然后飽和。辦法制樣，然后飽和。操作步驟操作步驟變水頭試驗2.將盛有試樣的環(huán)刀套入護筒，裝好各部將盛有試樣的環(huán)刀套入護筒，裝好各部位位止水圈止水圈。注意試樣上下透水石和濾紙按。注意試樣上下透水石和濾紙按先后順序裝好，蓋上頂蓋，擰緊頂部螺絲，先后順序裝好，蓋上頂蓋，擰緊頂部螺絲，不得漏水漏氣；不得漏水漏氣；3.把裝好試樣的滲透儀進水口與水頭裝置把裝好試樣的滲透儀進水口與水頭裝置（測壓管）相連。注意及時向測壓管中補（測壓管）相連。注意及時向測壓管中補充水源，補水時，關閉進水口；充水源，補水時，關閉進水口；4. 在向試樣滲透前，先由底部排氣嘴出水，在向試樣滲透前

13、，先由底部排氣嘴出水，排除底部空氣排除底部空氣，至排氣嘴無氣泡時，關閉，至排氣嘴無氣泡時，關閉排氣嘴，水自下向上滲流，由頂部出水管排氣嘴，水自下向上滲流，由頂部出水管排水；排水；操作步驟操作步驟變水頭試驗5. 待待出水管有水流出出水管有水流出后，開始測定試驗數(shù)后，開始測定試驗數(shù)據(jù)。記錄據(jù)。記錄t=t1時，上下游水位差時，上下游水位差h1；t=t2時，時，上下游水位差上下游水位差h2。改變測壓管中水位（由。改變測壓管中水位（由進水管補充水），進行次平行試驗。進水管補充水），進行次平行試驗。記錄測壓管內(nèi)徑，量測滲透水溫記錄測壓管內(nèi)徑，量測滲透水溫T；6.按公式計算每次量測的水溫按公式計算每次量測的

14、水溫T時的滲時的滲透系數(shù)透系數(shù)kTi；7.按下式折算到按下式折算到20時的滲透系數(shù)時的滲透系數(shù)k20；2020TTkk注意事項注意事項滲透試驗幾次平行試驗測得的滲透系數(shù)采用表達式滲透試驗幾次平行試驗測得的滲透系數(shù)采用表達式kti=Bi10-n時，時，Bi保留一位保留一位非零整數(shù)位，允許差值不大于非零整數(shù)位，允許差值不大于210-n，對不太均勻的原狀土，限制可適當放寬；，對不太均勻的原狀土，限制可適當放寬；常水頭試驗適用于砂性土；常水頭試驗適用于砂性土；變水頭試驗適用于粘性；變水頭試驗適用于粘性；變水頭法試驗過程中，若發(fā)現(xiàn)水流過快或出水口有混濁現(xiàn)象，應立即檢查容器變水頭法試驗過程中，若發(fā)現(xiàn)水流過

15、快或出水口有混濁現(xiàn)象，應立即檢查容器有有無漏水或試樣中是否出現(xiàn)集中滲流，若有，應重新制樣試驗；無漏水或試樣中是否出現(xiàn)集中滲流，若有，應重新制樣試驗；土的滲透性是水流通過土孔隙的能力，顯然，土的孔隙大小，決定著滲透系數(shù)土的滲透性是水流通過土孔隙的能力，顯然，土的孔隙大小，決定著滲透系數(shù)的的大小，因此測定滲透系數(shù)時，必須說明與滲透系數(shù)相適應的土的密實狀態(tài)。大小，因此測定滲透系數(shù)時，必須說明與滲透系數(shù)相適應的土的密實狀態(tài)。注意事項注意事項 關于試驗用水問題，水中含氣對滲透系數(shù)的影響主要由于水關于試驗用水問題，水中含氣對滲透系數(shù)的影響主要由于水中氣體分離，形成氣泡堵塞土的孔隙，致使?jié)B透系數(shù)逐漸降中氣體分離，形成氣泡堵塞土的孔隙，致使?jié)B透系數(shù)逐漸降低，因此，試驗中要求用無氣水，最好用實際作用于土中的低，因此，試驗中要求用無氣水，最好用實際作用于土中的天然水；天然水；GB/T50123-1999規(guī)范規(guī)定采用的純水要脫氣，并規(guī)范規(guī)定采用的純水要脫氣，并規(guī)定水溫高于室溫規(guī)定水溫高于室溫3-4，