土力学渗透实验
【实验】土力学渗透实验
【关键字】实验
3.2.2 尾矿的渗透特性
影响上游法筑坝尾矿库安全稳定性的诸多因素中，尾矿库的渗流状态是最重要的因素之一。只有深入分析尾矿库的渗流状态，才能确定合理的筑坝工程指标，选择合适的排渗方案，从而保证尾矿库的安全[65,73,74]。
目前，国内外对尾矿库进行渗流分析时很少考虑尾矿的渗透系数随填埋位置和时间的变化。近代土力学的研究表明，土的渗透特性与土中孔隙的多少和孔隙的分布情况密切相关。随着尾矿的排放，下部堆积尾矿的上覆土压力逐渐增加。在上覆土压力的作用下，尾矿将逐渐排水固结，随着固结的进行，尾矿孔隙比逐渐减小，而孔隙比的减小必然引起渗透系数的变化。堆积尾矿的渗透系数与上部固结压力和孔隙比之间存在何种关系是一个值得探讨的问题[75-76]。本文通过室内试验的方法，研究不同固结压力和孔隙比条件下各类尾矿的渗透系数变化情况，从而为尾矿库渗流稳定性分析提供科学依据。
（1）固结—渗透联合测定装置说明
①固结—渗透联合测定装置构造说明
现有技术中进行土样渗透试验主要仪器为《土工试验方法标准》[68]（GB/T50123-1999）中所述的“常水头渗透试验”中的常水头渗透仪和“变水头渗透试验”中的变水头渗透仪。上述仪器仅能进行单纯的渗透试验，但无法定量并均匀施加固结压力，因此很难精确得到孔隙比，导致试验数据不准确。
针对目前常见渗透试验装置存在的不足，为了减少同一试验中相同土样的制备数量和消除同一试验相同土样在制备过程中产生的误差，作者在70型渗透仪的基础上进行了合理改进，自行研制了固结—渗透联合测定装置，该装置不仅实现了定量、均匀施加固结压力，精确测定单一固结压力下的渗透系数的基本目的，而且实现了针对一个土样可以连续精确测定不同固结压力条件下土样的渗透系数，得到固结压力—孔隙比—渗透系数的定量变化规律，弥补了普通渗透装置由于无法定量、均匀施加固结压力，导致无法精确测定固结压力条件下土样的渗透系数，同时也不能连续测定不同固结压力下土样渗透系数的不足，提高了固结压力下渗透系数的测量精度而且大大减少了测定不同固结压力条件下土样渗透性的试验次数，该参数精度的提高使相关问题的研究更贴近实际。
土力学土的渗透性
有效应力=0
总应力=h1+sath2 孔隙水应力u=h1+h2+h 则有效应力=-u=h2-h • 与静水条件比较：
总应力不变=h1+sath2，孔隙水应力增加h， 有效应力等量减小h。
渗流作用下的有效应力原理
• 静水条件下的有效应力：
等于土体的浮容重乘以水头高度。 h2
• 稳定渗流条件下的有效应力：
• 说明： 1）如果成层土的厚度大致相同，而渗透系数又相
差比较大的情况下，水平方向的渗透系数取决于透水 性最大一层的渗透系数；
2）垂直方向的渗透系数则取决于最不透水一层的 渗透系数。
有效应力和孔隙水压力
• 外荷载分担： 外加荷载作用在土体上，一部分由土颗粒承担，一部
分由孔隙水承担，一部分由孔隙气体承担。 对于饱和土，外加荷载只由土颗粒和水承担。
成层土的渗透性
• 因为土实际上是成层分布的，所以存在着平行层理 方向和垂直层理方向的渗透系数。
y
水平
0
H1 q1 i1 k1 H2 q2 i2 k2 H3 q3 i3 k3
垂直
x
平行层理方向的渗透系数
• 两层土的渗透系数： 具有以下特性： 1）各层的水力坡降相等，即i= i1= i2； 2）总渗流量等于各分层流量之和，即q= q1+ q2 则两层土的水平向渗透系数为：
1渗透试验
土的渗透试验
一、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。渗透试验主要是测定土体的渗透系数k。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。
二、试验原理
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(1-1)式计算出渗透系数。
(1-1)
v ki
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；变水头渗透试验装置用来测定渗透系数k比较小的凝聚性土的渗透系数。
本试验采用的纯水，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。
三、试验设备及试验操作
（一）常水头试验
1.仪器设备
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。
2.操作步骤
（1）装好仪器，检查是否漏水。量测滤网至筒顶的高度，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. （2）取代表性风干土样3~4kg，称重精确至1g，测定风干含水率；将风干土样分层装入圆筒内，每层2～3cm，根据要求的孔隙比，控制试样厚度。当试样中含粘粒时，应在滤网上铺2cm 厚的粗砂作为过滤层，防止细粒流失。每层试样装完后从渗水孔向圆筒充水至试样顶面，最后一层试样应高出测压管3～4cm，并在试样顶面铺2cm 砾石作为缓冲层。当水面高出试样顶面时，应继续充水至溢水孔有水溢出。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。
土力学2.土的渗透性与渗透问题
已知土的浮容重’
'
则ic为
(Gs 1) w 1 e G 1 ic s 1 e
式中Gs、e分别为土粒比重及土的孔隙比。由此可知，流土的临界水力 坡降取决于土的物理性质。 二、土的渗透变形(或称渗透破坏)
土工建筑物及地基由于渗流作用而出现的变形或破坏称渗透变形
(或称渗透破坏)。如土层剥落，地面隆起，细颗放被水带出以及出现 集中渗流通道等。 (一)渗透变形的类型 土的渗透变形类型就单一土层来说主要有流土和管涌两种基本型式。 1.流土 在向上的渗透水流作用下，表层土局部范围内的土体或颗粒群同时 发生悬浮、移动的现象称为流土。只要水力坡降达到一定的大小，都会 发生流土破坏。
h h1 h2 h3 hi (2)流经等效土层H的总水头损失h等于各层上的水头损失之和，即
i 1 n
将达西定律代入上式可得沿竖直方向的等效渗透系数kz：
kz
H n hi k i 1 i
四、渗透力和渗透变形 (一)渗透力 实验验证 当hl＝h2时，土中水处于静止状态，无渗流发生， 贮水器向上提升，使hl＞ h2，由于存在水头差．土中产生向上的渗 流。水头差h是土体中渗流所损失的能量。能量损失说明土粒对水流给 以阻力；反之．渗流必然对每个土颗粒有推动、摩擦和拖曳的作用力， 称之为渗透力，可定义为每单位土体内土颗粒所受的渗流作用力，用 j 表示。
土力学课件第三章 土的渗透性
渗透性良好的土壤容易使地下水 流动，影响地下水资源的利用和
管理。
在环境工程中，需要对土的渗透 性进行监测和控制，以防止地下
水污染和保护地下水资源。
06
CATALOGUE
案例分析
案例一：某水库的渗透性研究
总结词
水库大坝的渗透性对水库的安全运行至关重要，通过对某水库的渗透性研究，可以了解其坝体和坝基 的渗透特性，为水库的安全管理和维护提供科学依据。
详细描述
该水库位于山区，坝体采用碾压混凝土浇筑而成。研究通过现场勘探、试验和数值模拟等方法，对水 库坝体和坝基的渗透性进行了全面评估。结果表明，坝体的渗透系数较低，但坝基存在一定的渗透隐 患。针对这些问题，提出了相应的防渗措施和加固方案。
案例二：某高速公路建设的土的渗透性研究
总结词
在高速公路建设中，土的渗透性对路基 的稳定性和公路的使用寿命具有重要影 响。通过对某高速公路建设过程中的土 的渗透性研究，可以优化路基处理方案 ，提高公路建设质量。
THANKS
感谢观看
越小。
03
CATALOGUE
土的渗透性原理
达西定律
总结词
描述水在多孔介质中流动的基本定律，是土的渗透性研究的基础。
详细描述
达西定律是法国土木工程师达西在19世纪30年代研究水在砂土中渗透时发现的，它描述了水在多孔介质中流动的 速度与水力梯度和土的渗透系数之间的关系，是土的渗透性研究的基础。该定律指出，在一定条件下，水在多孔 介质中的渗透速度与作用在水上的压力梯度成正比，与土的渗透系数成正比。
土力学第五章-渗透固结理论
Tv1 Tv 2
C v t1 H1
2
Cv t 2 H2
2
t1 H1 2 t2 H2
2
厚度相同排水不同固结度
• 在相同土层和相同压缩应力条件下，如 单面排水该为双面排水，达到相同固结 度，时间因素相等，所需时间减小为原 来的1/4。
Tv1 Tv 2
C v t1 Cv t 2 2 1 H 2 ( H) 2
z ,t
dz dz
z
单面排水条件下的固结度
• • •
• • 根据附加应力分布情况，单面排水分为： 情况0：附加应力均匀分布，成矩形； 情况1：附加应力分布成三角形，三角形的 顶点在透水边上； 情况2：附加应力分布成三角形，三角形的 顶点在不透水边上； 情况3：附加应力分布成梯形，梯形短边在 透水边上； 情况4：附加应力分布成梯形，梯形短边在 不透水边上。
固结度的基本表达式
• 根据平均固结度的概念，结合土层压缩量 的计算，注意引起土层产生压缩的是有效 应力，可得到固结度与孔隙水压力、有效 应力以及总应力之间的关系：
St Ut S
av z ,t dz 1 e1 0 av z dz 1 e1 0
H
H
来自百度文库
H
1
u
0 H 0
U t 2 2U t 0 U t1 1 0.59e
土力学实验指导书
土力学实验指导书
土木工程
2018年
目录
实验一土的含水量实验
实验二土的容重和干密度实验
实验三 A、液限、塑限实验
B、塑限实验
实验四土的抗剪强度实验
实验五土的固结实验
实验六土的渗透实验
实验一土的含水量实验
一、目的
本实验之目的在于测定土的含水量，借与其它实验配合计算土的干密度，孔隙比及饱和度等；
并查表确定地基土的承载力。
b5E2RGbCAP
二、解释
含水量为土在105℃~110℃
下烘至恒重时所失去水分的质量
和到达恒值后干土质量的比值，
用百分数表示
三、仪器设备
<1）有盖的称量盒数只；
<2）天平、感量0.01克；
<3）烘箱
<4）有干燥剂<）干燥器。
四、操作步骤
<1）选取具有代表性的土样15~20克
<3）将烘好的试样同称量盒一并放入干燥器内，让其冷却至室
温。
<4）从干燥器内取出试样，称盒加干土质量。
<5）本实验称量应准确至0.01克以上，同一实验进行两次平行
测定，取其算术平均值。
<6）按下列公式计算含水量
×100 %
式中：——为含水量，用%；
W1——称量盒加湿土质量，克；
W2——称量盒加干土质量，克；
W——称量盒质量，克。
本实验须进行2两次平行测定，其平行误差规定为：
<1）当含水量小于40%时，允许平行误差1%；
<2）当含水量等于或大于40%，允许平行误差2%。
五、注意事项
<1）使用称量盒前，应先检查盒盖和盒底号码是否一致，发现不一致时应另换相符者进行称量。
<2）使用天平时不准用手拿砝码，记重量时不要忘读某一砝码，也不要将砝码的质量读错。1克=1000毫克。5PCzVD7HxA <3）烘干土从烘箱内取出时，切勿外露在空气中，以免干土吸收水蒸气。
土力学土的渗透性与渗透问题
土中封闭气体阻塞渗流通道，使土的渗透系数降低。封闭气体 含量愈多，土的渗透性愈小。
三、成层土的渗透系数
q1x k1 k2 k3 H1 H2 H H3
1.水平渗透系数
通过整个土层的总渗流量qx 应为各土层渗流量之总和
q x q1x q 2 x q nx qix
a
b
c
渗流力与重力方向相 反，当渗透力大于土 体的有效重度，土粒 将被水流冲出
2.临界水力坡降———使土体开始发生渗透变形的水力坡降 J 当土颗粒的重力与渗透力相等时，土颗粒不受任何 力作用，好像处于悬浮状态，这时的水力坡降即为 临界水力坡降
GJ
G
wicr
icr
' w
或
Gs 1 sat w icr 1 e w
J F w hA
渗流作用于单位土体的力
j
hA J w i w AL AL
说明：渗透力j是渗流对单位土体的作用力，是一种体积力，其大 小与水力坡降成正比，作用方向与渗流方向一致，单位为kN/m3 渗透力的存在，将使土体内部受力发生变化，这种变化对 土体稳定性有显著的影响
渗透力方向与 重力一致，促 使土体压密、 强度提高，有 利于土体稳定 渗流方向近乎水平，使 土粒产生向下游移动的 趋势，对稳定不利
土力学-第三章土的渗透性及渗流
天津城市建设学院土木系岩土教研室
3.4.1 渗流力
土力学
渗流力（动水力）：单位体积土颗粒受到的渗流作用力
沿水流方向放置两个测压
h1 1
h 2 h2
管，测压管水面高差h
土粒对水流 的阻力应为
F whA
土样 面积
根据牛顿第三定律，试样的总渗流
力J和土粒对水流的阻力F大小相等，
L
方向相反
J F whA
h1
q kAi 或 v q ki A
式中：q—单位渗水量，cm3/s； v—断面平均渗流速度，cm/s； i—水力梯度或水力坡降； k—土的渗透系数，cm/s
h2
天津城市建设学院土木系岩土教研室
3.2.2 土的层流渗透定律
土力学
达西定律
v ki
v
砂土的渗透速度与水 力梯度呈线性关系
天津城市建设学院土木系岩土教研室
3.2.3 渗透试验及渗透系数
土力学
4.渗透系数k的经验确定方法（自己看书） 5.成层土的等效渗透系数
（1）水平渗透系数
q1x 百度文库1
H1
通过整个土层的总渗流量qx 应为各土层渗流量之总和
qx q2x
k2
q3x k3
H2 H H3
n
qx q1x q2x qnx qix i 1
土力学第二章土的渗透性及渗流
• 水力梯度
i h L
由Darcy定律 v kTi
• 渗透系数
a dh h
A
dt
kT
L
kT
aL ln A(t1 t0 )
h0 h1
▪结果整理: 选择几组Δh0, Δh1, t0 ，t1 ，计算相应的k，取平均值
(3) 现场抽水试验 pump test, permeability test
三、成层土的平均渗透系数
天然土层多呈层状
等效渗透系数
✓确立各层的k ✓考虑渗流方 向
水平渗流 将土层简化为均质土，便于计算
总流量等于各土层流量之和 （各层的水力梯度相等）
条件:
im
i
h L
Q q j kxiH
q j v j H j k jiH j
等效渗透系数:
m
Q kxiH i k j H j j 1
按层厚加权平均，由较大值控制
H
ky
0.03m / day Hi
ki
倒数按层厚加权平均，由较小值控制
第三节 渗透力及临界水力梯度
一、渗透力 二、临界水力梯度 三、土的渗透破坏
一、渗透力
ab
静水中的土体
贮水器 P1
hw
W A=1
L 土样
h2
0
0
P2
滤网
R
土力学2.土的渗透性与渗透问题
由三部分组成：
1. 位置水头 z 2. 压力水头 u/w 3. 流速水头 v2/2g
测管水头：位置水头与压力水头之和 h= z+ u/w
测管水头代表的是单位重量液体所具有的总势能
伯努里方程用于土中渗流时有两点需要指出： (1)饱和土体中两点间是否出现渗流，完全是由总水头差决定。只有当 两点间的总水头差时，才会发生水从总水头高的点向总水头低的点 流动。 (2)由于土中渗流阻力大，故流速 v 在一般情况下都很小，因而形成的 流速水头也很小，为简便起见可以忽略。渗流中任一点的总水头就可 用测管水头来代替。
土的渗透性
一、土的渗透定律 —— 达西定律（H.Darcy,1856） (一)渗流中的总水头与水力坡降 液体流动必须满足的条件： 连续原理 液流的能量方程，即伯努里(D．Bernoulli)方程
为了研究的方便，常用水头的概念来研究水体流动中的位能和动能。
水头：单位重量水体所具有的能量。 按照伯努里方程，液流中一点的总水头
2.土的变形(压缩)与强度的变化都只取决于有效应力的变化。 这意味着引起土的体积压缩和抗剪强度发生变化的原因，并不是作 用在土体上的总应力，而是有效应力。 孔隙水压力并不能使土产 生变形和强度的变化，因为水压力在各个方向相等，均匀作用在每个土 粒上，不会使土颗粒移动，而导致孔隙体积的变化，只能使土颗粒本身 受到浮力。土颗粒本身的压缩模量 E很大，压缩可以忽略不计。另外， 水不能承受剪应力，因此孔隙水压力自身的变化也不会引起土的抗剪强 度的变化。正是因为如此，孔隙水压力也被称为中性应力。但是应当注 意，当总应力保持常数时，孔隙水压力u发生变化将直接引起有效应 力‘发生变化，从而使土体的体积和强度发生变化。
最新《土力学》实验报告
最新《土力学》实验报告
实验一：颗粒大小分布的测定
目的：通过湿筛法和沉降法，确定土样的颗粒大小分布，了解土的粒度组成。
材料与设备：土样、标准筛具、天平、喷水器、搅拌器、定时器、量筒。
实验步骤：
1. 取代表性土样约500克，置于烘箱中烘干至恒重。
2. 将烘干后的土样通过特定尺寸的筛网进行筛分，记录各筛网上的土样质量。
3. 使用喷水器将土样湿润，再次进行筛分，直至所有土粒均能通过最细筛网。
4. 根据各筛网上收集的土样质量，计算土样的颗粒大小分布。
5. 用沉降法测定细颗粒的分布，通过量筒和定时器记录沉降速度和沉积量。
6. 将沉降法得到的数据与筛分结果结合起来，绘制土样的颗粒大小分布曲线。
结果分析：
- 颗粒大小分布曲线显示了土样中不同粒径的土粒所占的比例。
- 根据颗粒大小分布，可以判断土的类型（如砂土、粘土等）。
- 分析结果可用于土的工程性质评估，如渗透性、压缩性等。
结论：
通过本次实验，成功测定了土样的颗粒大小分布，为进一步的土力学
性质分析提供了基础数据。
实验二：液限和塑限的测定
目的：通过液限和塑限试验，确定土的塑性特性，评估土的工程适用性。
材料与设备：土样、液限仪、塑限仪、天平、研钵、蒸馏水。
实验步骤：
1. 准备土样，通过研钵研磨至均匀状态。
2. 使用液限仪进行液限试验，逐渐加入蒸馏水，搅拌土样至能形成手
滚状，记录此时的含水量。
3. 继续加水，直至土样表面出现一层稀薄的液态水膜，记录此时的含
水量，确定液限。
4. 进行塑限试验，将土样置于塑限仪上，通过搓圆法测定土样的塑性。
5. 记录土样在不同含水量下的塑性指数，计算土的塑性范围。
土力学课件第三章土的渗透性
H
H
k y H1 H 2 H n n ( Hi )
k1 k2
kn
k i1 i
第三章 土的渗透性
3-4 二向渗流和流网的特征
一、如果土是各向同性的kx等于ky，则
2h x 2
2h y 2
0
上式就是著名的拉普拉斯（Laplace）方程，
它是描述稳定渗流的基本方程式。
二、流网及其特征
就渗流问题来说，一组曲线称为等势线，在任一条等势线上各点的总 水头是相等的；另一组曲线称为流线，它们代表渗流的方向。等势线 和流线交织在一起形成的网格叫流网。
（1）公式： （2）肉眼观察
icr
2.2(Gs
1)(1
n)2
d5 d 20
（3）水力梯度i与 流速v之间的变化
第三章 土的渗透性
3。临界水力梯度的试验资料 （1）临界水力梯度与不均匀系数的关系
土的不均匀系数愈大，临界水力梯度愈小。 （2）临界水力梯度与细料含量的关系
第三章 土的渗透性
（3）临界水力梯度与渗透系数的关系 对于不均匀的土，如果透水性强，抵抗渗透变形的能力就差；
第三章 土的渗透性
【例题3－3】如图所示，若地基上的土粒 比重Gs为2.68，孔隙率n为38.0％， 试求：
（1）a点的孔隙水应力和有效应力； （2）渗流逸出处1－2是否会发生流土？ （3）图中网格9，10，11，12上的渗流
土力学的八大试验
土力学的八大试验
实验一 土的含水率试验
（一）、试验目的
土的含水率指土在105—1100C 下烘于恒量时所失去的水的质量和干土质量的百分比值。土在天然状态下的含水率称为土的天然含水率。所以，试验的目的：测定土的含水率。
（二）、试验方法适用范围
1、烘干法：室内试验的标准方法，一般粘性土都可以采用。
2、酒精燃烧法：适用于快速简易测定细粒土的含水率。
3、比重法：适用于砂类土。
（三）、烘干法试验
1、仪器设备
①烘箱：采用电热烘箱；②天平：称量200g,分度值0.01g ；③其他：干燥器，称量盒。
2、操作步骤
（1）取代表性试样，粘性土为15—30g,砂性土、有机质土为 50g,放入质量为m 0的称量盒内，立即盖上盒盖，称湿土加盒总质量m 1，精确至0.01g.
（2）打开盒盖，将试样和盒放入烘箱，在温度105——1100C 的恒温下烘干。烘干时间与土的类别及取土数量有关。粘性土不得少于8小时；砂类土不得少于6小时；对含有机质超过10%的土，应将温度控制在65——700C 的恒温下烘至恒量。
（3）将烘干后的试样和盒取出，盖好盒盖放入干燥器内冷却至室温，称干土加盒质量m 2为，精确至0.01g 。
3、计算含水率：按下式计算 %1000221⨯--==
m m m m m m w s w
4、要求：（1）计算准确至0.1%；（2）本试验需进行2次平行测定，取其算术平均值，
5、本试验记录格式详见报告 实验二 土的密度试验
（一）、试验目的
测定土在天然状态下单位体积的质量。
（二）、试验方法与适用范围
一般粘性土，宜采用环刀法
实验一土壤渗透性的测定
实验一土壤渗透性的测定之宇文皓月创作
目的要求
径流对土壤的侵蚀能力主要取决于地表径流量，而透水性强的土壤往往在很大程度上减少地表径流量。土壤透水性强弱经常使用渗透率（或渗透系数）暗示。当渗透量达到一个恒定值时的入渗量即为稳渗系数。通过本次实验，掌握测定土壤渗透性的基来源根基理和操纵方法。
基来源根基理
由图可以看出，在降雨初期一段时间（几分钟）内，土壤渗透速率较高，降雨量全部渗入土壤，此时土壤的渗透速率和降水速率等值，没有地表径流发生。随着降雨时间延长、土壤含水量增高，渗透速率逐渐降低，当渗透速率小于降水速率时，地表发生径流。
仪器设备
环刀(200cm3,h5.2,Φ7.0cm)，量筒(100及50ml)，烧杯(100ml)，漏斗、漏斗架、秒表等。
方法步调
一、在室外用环刀取原状土，带回实验室内，将环刀上、下盖取下，下端换上有网孔且垫有滤纸的底盖并将该端浸入水中，同时注意水面不要超出环刀上沿。一般砂土浸4～6h，壤土浸8～12h，粘土浸24h。
二、到预定时间将环刀取出，在上端套上一个空环刀，接口处
先用胶布封好，再用熔蜡粘合，严防从接口处漏水，然后将结合的环刀放在漏斗上，架上漏斗架，漏斗下面承接有烧杯。 三、往上面的空环刀中加水，水层5cm ，加水后从漏斗滴下第一滴水时开始计时，以后每隔1，2，3，5，10，……t i ……t n min 更换漏斗下的烧杯(间隔时间的长短，视渗透快慢而定，注意要坚持一定压力梯度)分别量出渗入量Q 1，Q 2，Q 3，Q 5……Q n 。每更换一次烧杯要将上面环刀中水面加至原来高度，同时记录水温(℃)。
土力学渗透试验(实验五)
三、试验仪器
1、南-55型渗透仪、南-55型（改进行）渗透仪。
2、水头装置：变水头管要求内径均匀且不大于1cm，装 在带有刻度且读数精确到1.0mm的木板上。
3、切土器，100mL量筒，秒表，温度计，削土刀，钢丝 锯，凡士林等。
四、实验方法及步骤：
1. 根据需要用环刀在垂直或平行土样层面切取原状 试样，或制备给定密度的扰动试样，进行充水饱和。注 意切土时，尽量避免结构扰动，影响实验结果。
2、按下式计算K20
源自文库
K2 0
KT
T 2 0
式中：K20 — 水温为20℃时试样的渗透系数（cm/s）；
ηT — T℃时水的动力粘滞系数（Pa ·S）； η20 — 20℃时水的动力粘滞系数（Pa ·S）； 比值ηT /η20与温度的关系，见表。
3. 在测得的结是中取3－4个允许误差范围以内的数值， 求其平均值，作为试样在该孔隙比e时的渗透系数。
2. 将土样装入渗透仪：首先在容器套筒内壁涂以薄层凡 士把林挤，出然的后多将余盛凡有士试林样小的心环刮刀净推，入装套好m 筒带1m 0 并有. 00 1压透00.入水0(1 止石0)水和垫垫圈圈。 的上下盖，并用螺丝拧紧，不得漏气漏水。
3、进水口与水头装置连通，关变水头系统的止水夹，使 水头管内充满水。
4、容器侧立，排气管向上，开排气管止水夹。然后开进 水口阀充水排除容器底部的空气，直至水中无夹带气泡 溢出为止。关闭排气管止水夹，平放好容器。
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3.2.2 尾矿的渗透特性
影响上游法筑坝尾矿库安全稳定性的诸多因素中，尾矿库的渗流状态是最重要的因素之一。只有深入分析尾矿库的渗流状态，才能确定合理的筑坝工程指标，选择合适的排渗方案，从而保证尾矿库的安全[65,73,74]。
目前，国内外对尾矿库进行渗流分析时很少考虑尾矿的渗透系数随填埋位置和时间的变化。近代土力学的研究表明，土的渗透特性与土中孔隙的多少和孔隙的分布情况密切相关。随着尾矿的排放，下部堆积尾矿的上覆土压力逐渐增加。在上覆土压力的作用下，尾矿将逐渐排水固结，随着固结的进行，尾矿孔隙比逐渐减小，而孔隙比的减小必然引起渗透系数的变化。堆积尾矿的渗透系数与上部固结压力和孔隙比之间存在何种关系是一个值得探讨的问题[75-76]。本文通过室内试验的方法，研究不同固结压力和孔隙比条件下各类尾矿的渗透系数变化情况，从而为尾矿库渗流稳定性分析提供科学依据。
（1）固结—渗透联合测定装置说明
①固结—渗透联合测定装置构造说明
现有技术中进行土样渗透试验主要仪器为《土工试验方法标准》[68]（GB/T50123-1999）中所述的“常水头渗透试验”中的常水头渗透仪和“变水头渗透试验”中的变水头渗透仪。上述仪器仅能进行单纯的渗透试验，但无法定量并均匀施加固结压力，因此很难精确得到孔隙比，导致试验数据不准确。
针对目前常见渗透试验装置存在的不足，为了减少同一试验中相同土样的制备数量和消除同一试验相同土样在制备过程中产生的误差，作者在70型渗透仪的基础上进行了合理改进，自行研制了固结—渗透联合测定装置，该装置不仅实现了定量、均匀施加固结压力，精确测定单一固结压力下的渗透系数的基本目的，而且实现了针对一个土样可以连续精确测定不同固结压力条件下土样的渗透系数，得到固结压力—孔隙比—渗透系数的定量变化规律，弥补了普通渗透装置由于无法定量、均匀施加固结压力，导致无法精确测定固结压力条件下土样的渗透系数，同时也不能连续测定不同固结压力下土样渗透系数的不足，提高了固结压力下渗透系数的测量精度而且大大减少了测定不同固结压力条件下土样渗透性的试验次数，该参数精度的提高使相关问题的研究更贴近实际。
固结—渗透联合测定装置的详细构造如图3.6所示：
图3.6 固结—渗透联合测定装置示意图 Fig. 3.6 Schematic plot of Osmotic Oedometer
固结—渗透联合测定装置构造说明：本装置的溢水孔亦是测量孔。通过加压活塞可以改变土样所承受的轴向荷载，加压活塞与加压筒的筒壁之间有间隙，水可在加压活塞与加压筒筒壁之间自由流动。
②试验方法：
a.将透水石放入加压筒的底部，在透水石上放一层滤纸并将土样放入加压筒的内腔中，在土样上再放一层滤纸，放上透水石并在透水石上放上加压活塞；
b.在支架两边分别安装1个百分表，并使两个百分表的触头分别顶在加压筒的上表面，在进水口上安装进水管，在溢水孔上安装流量计或在溢水孔外设置量筒，将本装置安装在固结试验台上；
c.通过安装在进水口上的进水管向加压筒内注水，使土样排气、饱和；
d.通过固结试验台施加一定的固结压力来模拟试样的不同压力状态，通过百分表读取土样的轴向变形量，当土样变形稳定时，测定渗透系数；
e.通过固结试验台改变固结压力，再次进行其他固结压力条件下的渗透试验。
（2）不同固结压力条件下尾矿固结渗透试验
①实验内容：使用固结—渗透联合测定装置采用常水头法分别测定阿哈来、同乃尾矿库各类型尾矿及混合尾矿、分层尾矿在0 kPa 、32.5 kPa 、65 kPa 、130 kPa 、260 kPa 、390 kPa 、780 kPa 、1170 kPa 八级固结压力下的渗透系数，每施加一级荷载后需等待沉降稳定后再测量其渗透系数，每个渗透系数测两次，固结稳定的
1—加压活塞； 2—加压筒； 3—进水口； 4—溢水孔； 5—支架； 6—透水石； 7—滤纸； 8—土样； 9—量筒。.
判别标准为每小时沉降量小于0.01 mm。取两次测量值的平均值作为该级荷载下的渗透系数。为了减小试验误差，所有试验均在常温下进行。
②砂类尾矿固结—渗透试验方法：砂类尾矿渗透系数很大，因此为避免由于透水石渗透系数小于砂类尾矿渗透系数而造成的测量结果错误，采用金属网代替透水石，并在金属网上边铺上一层粗砂代替滤纸作为反滤层来进行砂类尾矿的固结—渗透试验。
修正各砂类尾矿的实际固结数据，以消除两端反滤层及金属网压缩变形对试验结果的影响，得到不同固结压力条件下砂类尾矿的实际单位沉降量和孔隙比。
图 3.7 固结—渗透联合测定装置图 3.8 尾矿的固结—渗透联合试验
Fig. 3.7 Osmotic Oedometer Fig. 3.8 Osmotic Oedometer test of tailings
③阿哈来、同乃尾矿库各类型尾矿的渗透试验结果及分析
阿哈来、同乃尾矿库各类型尾矿，不同固结压力条件下孔隙比数据如表3.8
所示：
表3.8 阿哈来、同乃尾矿库各类型尾矿在各固结压力下的孔隙比数据 Tab. 3.8 Void ratio datas of all types of tailings under consolidation pressures
固结压力/kPa 孔隙比e
阿哈来 尾细砂 阿哈来 尾粉砂 阿哈来 尾粉土 阿哈来 原尾矿 同乃 尾粉砂 同乃 尾粉土 同乃 原尾矿 0 0.851 0.849 1.529 0.839 0.993 1.145 1.021 32.5 0.846 0.836 1.513 0.875 0.924 1.032 0.946 65 0.839 0.829 1.5 0.862 0.847 0.968 0.889 130 0.832 0.818 1.489 0.856 0.758 0.934 0.848 260 0.821 0.8 1.471 0.84 0.683 0.897 0.763 390 0.814 0.789 1.459 0.825 0.659 0.853 0.734 780 0.801 0.778 1.438 0.801 0.614 0.821 0.702 1170
0.784
0.769
1.424
0.797
0.598
0.782
0.679
根据表3.8绘制阿哈来、同乃尾矿库各类型尾矿孔隙比与固结压力关系曲线，如图3.9、3.10所示：
阿哈来原尾矿
孔
隙比e
固结压力P（kpa）
图3.9 阿哈来尾矿库各类型尾矿的e p -关系
Fig. 3.9 Relationship of e p - of all types of the A halai tailings
100
200
300
400
500
600
700
800
9001000110012001300
0.50
0.550.600.650.700.750.800.850.90
0.951.001.051.101.15孔隙比e
固结压力P（kpa）
图3.10同乃尾矿库各类型尾矿的e p -关系