考虑应力状态影响的渗透变形试验方法

2023-06-28 理论教育版权反馈

【摘要】：参考《土工试验规程》中的研究考虑岩土体应力状态影响的渗透变形试验方法。预计即将达到临界水力梯度的时候应特别留意试验现象。当试验现象出现较激烈变化的情况时，应对试验水头的提高速率予以降低。对临界水力梯度的判断应当以试样表面出现细小颗粒跳动时为准。

参考《土工试验规程》（SL 237—1999）中的研究考虑岩土体应力状态影响的渗透变形试验方法。试验基本流程如下：仪器检查→试样制备→操作规程→试验成果处理及分析。

1.仪器检查

实验前，应先将水泵、杠杆加载仪、流量计、测压表等按照规定进行校验，各部件无问题后，将仪器部件进行组装。开启水泵，使仪器充水，检查仪器各部件管道及测压管是否堵塞和漏水，如无出现任何问题，检查完毕，整套仪器可以使用。

2.重塑试样制备

室内大型土体试样渗透变形试验由于其尺寸较大，采用原状样进行渗透变形试验时，取样难度很大，因此，可采用具有相同物理力学指标的重塑样进行代替性试验。

重塑试样的制备：根据所研究岩土体的颗粒级配曲线及各种物理参数，取具有代表性的土体，用振动筛进行筛分，然后按照级配曲线制作试样。根据需要控制的干密度和试样高度，按式（5.32）确定试样所需的质量。

式中：md为试样所需的干质量，g；ρd为需控制的干密度，g/cm3；r为仪器筒身半径，cm；h为试样高度，cm。

称取试样后，还可酌加相当于试样质量1%～2%的水分。为减少粗细颗粒分离现象，保证试样的均匀性，应当分层装填试样，并用击实锤击实，且每层的级配应相同，拌和均匀后再进行装样。

3.试验操作规程

渗透变形试验操作步骤如下：

（1）重塑样材料准备。

（2）连接水箱和各测压管，提高水箱水头，使其水位上升到试样筒出水口高度，检查仪器的密封情况，确认仪器密封良好。

（3）垂直试样筒底装填卵石缓冲层，并压密。

（4）安装下部多孔透水板和滤布。

（5）重塑样制备：分层装填重塑样材料，并分层击实，直到设计高度为止。

（6）安装上部多孔透水板（兼传力板）。

（7）试样饱和：提高水箱水头让水慢慢上升，当水位上升到出水口时停止，静置6～12h，使土样逐渐饱和。

（8）连接加载装置：荷载大小根据设计值分别添加相应的砝码，研究采用的荷载为0.1MPa、0.3MPa、0.6MPa、0.9MPa。

（9）进行渗透变形试验：调节水头使试样下部的水压力逐渐上升直至渗透破坏发生。实验过程中观察水质混浊、细小颗粒涌动、试样裂缝出现等现象；及时记录并测量试验过程中流量的变化。同时测定室内水温。

（10）试验成果处理：绘制级配曲线、流量-水力梯度与时间关系曲线，流量（流速）与水力梯度关系曲线，临界水力梯度与试验载荷关系曲线，破坏水梯度与压力关系曲线。

渗透坡降的计算式为

式中：J为渗透坡降；ΔH为测压管水头差，cm；L为与水头差ΔH相应的渗径长度，cm。

渗透速度的计算式为

式中：Q为渗流量，cm3/s；A为试样面积，cm2；v为渗透速度，cm/s。

在双对数纸上，以渗透坡降J为纵坐标，渗透速度v为横坐标，绘制渗透坡降与渗透速度关系曲线（lgJ-lgv曲线），当lgJ-lgv关系曲线的斜率开始变化，并观察到细颗粒开始跳动或被水流带出时，认为该试样达到了临界水力坡降。

4.试验细则

（1）初始水头应该略高于试样最高点，水头递增值为10cm，但是当试样出现破坏的时候，水头递增值应降低，取5cm。

（2）每次升高水头10～30min内，仔细观察水头提升后的试样，如发现细颗粒跳动，或者筒壁出现裂缝等现象必须立即记录下来，并进行录像或拍照。30min后，开始记录流量计流量和测压管水位。预计即将达到临界水力梯度的时候应特别留意试验现象。

（3）关于水头的控制。提高水头之前要对渗透量及试验现象进行观察：如无明显异样才能把水头提高到下一级。当试验现象出现较激烈变化的情况时，应对试验水头的提高速率予以降低。

（4）对临界水力梯度的判断应当以试样表面出现细小颗粒跳动时为准。

（5）破坏水力梯度的判断：绘制以渗透坡降J为纵坐标，渗透速度v为横坐标的双对数曲线，通过曲线来判断。