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。

图4.1 常水头渗透装置

1—金属圆筒；2—金属孔板；3—测压孔；4—测压管；5—溢水孔；6—渗水孔；

7—调节管；8—滑动架；9—供水管；10—止水夹；11—温度计；12—砾石层；

13—试样；14—量杯；15—供水瓶

（3）量试样顶面至筒顶高度，计算试样高度，称剩余土样的质量，计算试样质量。计算试样干密度和孔隙比；

（4）检查测压管水位，当测压管与溢水孔水位不平时，用吸球调整测压管水位，直至两者水位齐平。

（5）将调节管提高至溢水孔以上，将供水管放入圆筒内，开止水夹，使水由顶部注入圆筒，水面始终保持与渗透仪顶面齐平，同时降低调节管至试样上部1/3 高度处，形成水位差使水渗入试样，经过调节管流出。调节供水管止水夹，使进入圆筒的水量多于溢出的水量，溢水孔始终有水溢出，保持圆筒内水位不变，试样处于常水头下渗透。

（6）当测压管水位稳定后，测记水位。并计算各测压管之间的水位差。记录三个测压管水位H1，H2，H3,则测压管Ⅰ和Ⅱ水位差为h1= H1-H2，测压管Ⅱ和Ⅲ的水位差为h2=H2-H3。计算渗径长度为L=10cm的平均水位差h=(h1+h2) /2=(H1-H3)/2；按规定时间记录渗出水量，接取渗出水量时，调节管口不得浸入水中，测量进水和出水处的水温，取平均值。

（7）开动秒表，用量筒接取经过一段时间Δt 的渗流量ΔQ ，量测渗透水的水温T °C ；

（8）改变调节管的高度，达到渗透稳定后，重复（6）、（7）的步骤，平行进行5~6次试验；

（9）按式（1-2）计算每次量测的水温T °C 时的渗透系数k ti ；

QL

k tAh ∆=

∆ (1-2)

（10）计算渗透系数均值：

1

t ti k k N =

∑ (1-3)

（11）按下式折算到20°C 时的渗透系数k 20：

2020

t t

k k ηη= (1-4)

式中 k T ------水温为T °C 时时试样的渗透系数（cm/s ）； k 20 ------标准温度时试样的渗透系数（cm/s ）；

Q --------时间t 秒内的渗出水量(cm 3)； L --------两测压管中心间的距离(cm)； A --------试样的断面积(cm 2)；

H--------平均水位差(cm)，平均水位差H 可按( H 1 + H 2 ) / 2 公式计算； t --------时间（s ）；

式中，t η，20η

分别为水温T °C 和20°C 时水的动力粘滞系数（kPa·s）。粘滞系数比T ηT /η20 查《土工试验方法标准》（GB/T 50123-1999）表13.1.3。

（二） 变水头试验

1.仪器设备

渗透容器、变水头管、供水瓶、进水管等组成。变水头管的内径应均匀，管径不大于lcm ，管外壁应有最小分度为1.0mm 的刻度，长度宜为2m 左右。

渗透容器：环刀、透水石、套环、上盖和下盖。

环刀内径61.8mm ，高40mm ；透水石的渗透系数应大于10-3 cm/s ）。

2.操作步骤

(1)试样制备 变水头渗透试验的试样分原状试样和扰动试样两种，其制备方法分别为：(a)原状试样：根据要测定的渗透系数的方向，用环刀在垂直或平行土层面方向切取原状试样，试样两端削平即可，禁止用修土刀反复涂抹。放入饱和器内抽气饱和（或其他方法饱和）；(b)扰动试样：当干密度较大（

3

1.40/d g cm ρ≥）时，用饱和度较低（S t ≤80%）土压实或击实办

法制样；当干密度较低时，使试样泡于水中饱和后，制成需要干密度的饱和试样。

(2)将盛有试样的环刀套入护筒，装好各部位止水圈。注意试样上下透水石和滤纸，按先后顺序装好，盖上顶盖，拧紧顶部螺丝，不得漏水漏气。

(3)把装好试样的渗透仪进水口与水头装置（测压管）相连。利用供水瓶中的纯水

向进水管注满水，并渗入渗透容器，开排气阀，排除渗透容器底部的空气，直至溢出水中无气泡，关排水阀，放平渗透容器，关进水管夹。

(4)在向试样渗透前，先由底部排气嘴出水，排除底部空气至气嘴无气泡时，关闭排气嘴，水自下向上渗流，由顶部出水管排水。向变水头管注纯水。使水升至预定高度，水头高度根据试样结构的疏松程度确定，一般不应大于2m ，待水位