土的不同渗透试验方法应用与研究_刘小龙

1 序言
渗透试验是工程勘察中一项重要试验 , 所测得 的渗透系数是土的一项重要力学指标 。 由于影响渗 透系数的因素十分复杂 , 当前室内和现场用的各种 方法所测定的渗透系数是个粗略的数值 , 实际上渗 透系数的测定方法 , 仍处于研究和改进之中 。
2 渗透试验原理及方法
法国水力学家达西(Darcy)给出了渗透 的基本
Abstract Permeability test is an important test of engineering geological investigation , and it divides into laboratory test and field in situ test .The theory , the scope of application and the calculation method of laboratory test and field in situ test are introduced , and the operation process , data processing and the points of attention are also mainly studied .Based on the engineering practice , the soil layers permeability coefficients obtained from three types of permeability tests are compared , the similarities and differences among the three test results are analyzed , and the reasons caused the differences are studied .Finally a method to determine the soil layers permeability coefficient is put forwardd , and it provides some references for the similar engineering projects . Keywords permeability test ;permeability coefficient ;results differences ;determination of permeability coefficient
2.1 室内渗透试验计算方法
室内渗透试验常水头计算公式如下 :
kT =AQHLt
(2)
式中 , kT 为水温 T ℃时试样渗透系数 , cm s ;Q 为时
间 t 秒内的渗透水量 , cm3 ;t 为时间 , s ;L 为两测压
孔中心间的试样高度 , 10cm ;H 为平均水位差 , cm ;A 为试样断面积 , cm2 。
7.91e -06 3.26e -05 4.35e -06 5.38e -05 9.44e -07 1.44e -05 5.66e -05 7.24e -05 7.34e -06 9.35e -06 7.11e -06 7.96e -06 9.38e -06 2.01e -07 4.28e -06 6.34e -06 5.18e -07 7.53e -06
Application and Study on Different Permeability Test Method of Soil
Liu Xiaolong (North China Nonferrous Engineering Investigation Institute Co ., Ltd .)
95-2 96-1 96-2 97-1 97-2 98-1 98-2 99-2 99-4 100 -1 101 -1 101 -2 103 -1 104 -1 105 -1 118 -1 118 -2
2.2-2.4 2.0-2.2 4.0-4.2 2.0-2.2 3.0-3.2 1.8-2.0 3.8-4.0 2.2-2.4 4.2-4.4 3.0-3.2 2.0-2.2 4.0-4.2 2.0-2.2 2.0-2.2 1.8-2.0 2.0-2.2 4.0-4.2
分析同一钻孔 、同一深度 、同一原状样粉质粘土 的水平渗透系数和垂直渗透系数 , 可以发现如下的规 律。见图1 。
本文室内渗透试验采用的是变水头渗透试验 , 适 用于各种细粒土 。
变水头室内渗透试验步骤如下 :1)试样制备 ;2) 试样饱和 ;3)装入容器 ;4)开阀放气 ;5)测记读数 ;6) 重复读数 ;7)整理资料 。
低
极细砂 , 粉土 , 砂 、粉土 、粘土混合物 , 层状粘土
极低
同上来自百度文库
实际不透水
风化的均质粘土
现场抽水试验特殊的变水头试验 从颗粒大小分布计算
现场抽水试验常水头试验
同上
现场注水试验变水头试验
-
现场注水试验特殊的室内渗透试验 从固结试验推算
-
-
室内渗透试验变水头计算公式如下 :
kT
=2.3
aL At
从表 2 可以看出 , 库区内土层的试验室渗透系数 大多数处于 10-5 ～ 10-6 cm s 之间 , 与粉质粘土给定的 参考渗透系数值是一致的 。 而且从渗透系数数值可 以看出 , 整个库区内土层的渗透系数是相近的 , 这说 明库区内土层为同一性质的粉质粘土 , 这和现场钻探 所见是一致的 。 通过上述分析 , 库区内土层分布均 匀 , 性质相近 , 所以对同一地层 , 对所有的渗透系数取 平均值 , 可以得到比较准确的渗透系数 :k v =1 .03 × 10-5 cm s , kh =1.93×10-5 cm s 。
试验等 。本文主要介绍试坑双环注水试验和钻孔降
水头注水试验 。
试坑双环注水试验适用于地下水位以上的粘性
土层 , 使用内外两个铁环 , 打入试验地层 15cm , 使用
内外两个瓶测试一定时间内的水流量 。 双环注水试验渗透系数按下式进行计算[ 2 , 3] 。
k
=F(H
17 .676Qz +z +0 .5Ha
3 6 勘 察 科 学 技 术 2011 年第 3 期
土的不同渗透试验方法应用与研究
刘小龙
(华北有色工程勘察院有限公司 石家庄市 050021)
提 要 渗透试验是工程勘察中一项重要试验 , 分为室内 试验和现场原位试验 。 该文介绍 了室内渗 透试验和现 场 原位渗透试验的理论 、适用范围 、计算方法 , 着重研 究了室 内渗透 试验的 操作过 程 、数 据处理 及试验 注意事 项 。 结 合工 程实践 , 对三种渗透试验得出的土层渗透系数进行了 对比 , 分析了三种试验结 果存在的异 同 , 研 究了产生差 异 的原因 。 最后提出了一种确定土层渗透系数的方法 , 为类 似的工程提供了一些参考 。 关键词 渗透试验 渗透系数 成果差异 渗透系数确定
在整个库区内 , 5m 以上土层中 , 在钻孔中 2m 和 4m 的位置取了 40 组原状样土样 。
现场土层为粉质粘土 , 属于细粒土 , 土的渗透性 较弱 , 采用变水头渗透试验 。依照变水头试验的步骤 及注意事项 , 对 40 组土样进行了水平和垂直方向的 渗透试验 , 部分试验数据如表 2 所示 。
理论 , 他认为 :若均匀介质土中 的水流呈线流 状态
时 , 则渗透水流的速率 , 与水力坡降 i 成正比 。 达西 定律表示为[ 1] :
v = ki
(1)
式中 , v 为渗流速度 ;i 为水力坡降 ;k 为渗透系数 。
作者简介 :刘小龙(1981 -), 女 , 助 理工 程师 , 水文地 质工 程地 质专 业。 收稿日期 :2011 -02 -20
2.0-2.2 2.0-2.2 4.0-4.2 2.0-2.2 4.0-4.2 2.0-2.2 4.0-4.2 1.8-2.0 3.8-4.0 2.0-2.2 4.0-4.2 4.2-4.4 1.8-2.0 3.8-4.0 3.0-3.2 2.0-2.2 4.0-4.2 3.0-3.2
3.55e -06 8.14e -06 2.77e -06 1.66e -05 6.51e -07 8.67e -06 2.38e -05 6.11e -05 5.53e -06 6.71e -06 3.08e -06 4.25e -06 8.05e -06 1.34e -07 3.15e -06 8.31e -07 2.55e -07 1.11e -07
k
=A FcT
(5)
式中 , A 为注水管内径截面积 ;T 为滞后时间 , min ;Fc
为试验段与注水管的形状系数 , cm 。
3 室内渗透试验设备 、步骤及注意事项
4 工程实践
希图鲁铜矿位于刚果(金)东南部加丹加省利卡 西镇附近 , 矿区位于丘陵地带 。 尾矿库址地势平缓 , 位于采场以东约 1700m , 距离废石场 200 余米 , 尾矿库 为山谷型尾矿库 , 设计总库容为 7.688 ×106m3 。尾矿 坝采用当地土料筑坝 , 为碾压式重力坝 。由于该尾矿 库采用就地取材 、就地筑坝的方式 , 库区内土的渗透 性就至关重要 , 因此采用了三种较为精确的方式测试 土的渗透性 :取原状样进行室内渗透试验 、现场双环 注水试验 、现场钻孔注水试验 。 4.1 室内渗透试验及成果分析
lg
h1 h2
(3)
式中 , a 为变水头管截面积 , cm2 ;t 为时间 , s ;L 为渗 流路径 , cm ;A 为试样的断面积 , cm2 ;h1 为开始水头 ,
cm ;h2 为终止水头 , cm 。
2 .2 现场原位渗透试验计算公式
现场原位渗透试验有试坑单环注水试验 、试坑双
环注水试验 、钻孔降水头注水试验 、钻孔常水头注水
2011 年第 3 期 勘 察 科 学 技 术 37
表 1 土的渗透性和试验方法
渗透系数 k (cm·s -1) 1.0 10 -3 10 -6 10 -9 -
渗透性能
土的种类
直接测定方法
间接测定方法
高
干净的砾
中等
干净的砂及砂砾
图 1 水平渗透系数与垂直渗透系数关系
3 8 勘 察 科 学 技 术 2011 年第 3 期
从图 1 可以看出 , 该库区内粉质粘土层的水平 水平方向比垂直方向在相同的时间内更容易达到饱 渗透系数是垂直渗透系数的 2 .19 倍 , 说明在土层内 , 和 , 而且影响的范围更大 。 地表水在渗透的过程中 , 水平方向为主要渗透方向 ,
表 2 尾矿库粉质粘土室内渗透试验系数
土样编号
取土深度 m
渗透试验系数 (cm·s -1)
垂直
水平
土样编号
取土深度 m
渗透试验系数 (cm·s -1)
垂直
水平
76-1 77-1 77-2 78-1 80-2 81-1 81-2 83-1 83-2 84-1 84-2 85-4 86-1 86-2 87-1 88-1 88-2 89-2
目前室内外各种 渗透试验均以达西定律为依 据 。渗透系数测定的 方法应根据土样 的渗透性大 小 , 选用常水头法或变水头法 , 因两种方法试验原理 不同 , 效果各异 。 对弱透水性的土样 , 用常水头法不
能准确地量测出水量 ;反之 , 对强透水性土样 , 用变水 头法由于水头下降过快 , 就得不到满意的结果 。一般 情况下 , 常水头法适用于渗透系数 k 大于 10-4m s 的 土 , 变水头法适用于渗透系数(k)为 10-4 ～ 10-7 cm s 的土 。 土的渗透性和试验方法见表 1 。
)
(4)
式中 , k 为渗透系数 ;Q 为内环的注入流量 ;F 为内环
底面积 ;H 为试验水头 ;z 为试验深度 ;Ha 为试验土
层的毛细上升高度 。
钻孔降水头注水试验适用于粉土 、砂土及渗透性
不大的碎石土 。该试验有三种情况 :1)试验段全部
下套管 , 套管口与试验段底齐平 ;2)试验段不下套
管 ;3)试验段全部下套管 , 但管内有 L 高的土柱 。渗 透系数计算公式如下[ 2 ,3] :