粗顆粒土的滲透及滲透變形試驗
本文引用GB/T 50123-2019《土工試驗方法標準》中粗顆粒土的滲透及滲透變形試驗
1一般規(guī)定
1.1土樣應為擾動的粗顆粒土試樣。
1.2本試驗方法分為垂直滲透試驗和水平滲透試驗。
2儀器設(shè)備
2.1本試驗所使用的主要儀器設(shè)備應符合以下規(guī)定：
1垂直滲透變形儀(圖2.1-1):包括儀器筒、頂蓋、底座、透水板及支架。筒身內(nèi)徑與試樣最大顆粒粒徑之比不應小于5,試樣高度不應小于試樣直徑。頂蓋中心為一活塞套。透水板分上透水板和下透水板，上透水板兼起傳遞荷載作用。在下滲水板之下，也可設(shè)置斜透水板，坡度為1:1～1:1.5,用以排除水中含氣斜透水板上端設(shè)有排氣孔。
圖2.1-1垂直滲透變形儀示意圖
1--筒身；2一上蓋；.3—上透水板；4一下透水板；5一斜透水板；6—上進水口(溢水口);7—下進水口(溢水口);8—測壓孔；9—排氣孔；10—上排氣孔；11一集砂器；12—支架
2水平滲透變形儀(圖2.1-2):由進水段、試樣段、出水段、集砂器、水箱、支架組成。儀器的寬度和厚度與試樣最大顆粒粒徑比不得小于5,長度不得小于寬度。
圖2.1-2水平滲透變形儀示意圖
1一筒；2進水段；3一試樣段；4—出水段；5—上蓋板；6—上游透水板；
7一下游透水板；8一測壓孔；9—上游進水口(放水口);10一下游放水口；
11—集砂器；12—格柵；13—上游排氣孔；14一下游溢水口；15—橡皮止水；16—支架
3供水設(shè)備：供水箱，提升架、橡皮管。供水箱設(shè)置溢流堰能保持常水頭。
4加荷設(shè)備：活塞桿、加荷框架、加荷杠桿和百分表支架。
5量測設(shè)備：測壓管、量筒、秒表、溫度計、百分表和測壓裝置。
6其他設(shè)備：擊錘(或振動器)、臺秤、天平及標準篩等。
2.2儀器檢查應下列步驟進行：
1將下進水口與供水管相連接，使儀器充水，檢查儀器的各部件是否堵塞及漏水等。檢查完畢，降低供水箱，對于垂直滲透儀使水箱中水位與下透水板的下沿齊平，對于水平滲透儀使水箱中水位與試樣底部齊平。
2對于垂直滲透儀，取去頂蓋，在下透水板上鋪設(shè)濾網(wǎng)，以免細料漏失，沿儀器壁和濾網(wǎng)之間的接觸縫隙涂一圈油泥或橡皮泥。對于水平滲透儀，取去上蓋板，固定上游透水板，在透水板上鋪設(shè)濾網(wǎng)。只進行滲透系數(shù)試驗時，在下游固定透水板并鋪設(shè)濾網(wǎng)。需進行滲透變形時，下游設(shè)置格柵，安好集砂器。沿儀器壁和透水板之間的接觸縫隙涂一圈油泥或橡皮泥。
3開啟全部測壓孔，使之處于排氣狀態(tài)。
3操作步驟
3.1試樣制備應按下列步驟進行：
1從風干、松散的土樣中取具有代表性土樣，進行顆粒分析試驗，確定試樣的顆粒級配，并繪制顆粒級配曲線。
2根據(jù)試驗土樣粒徑，按儀器內(nèi)徑不應小于試樣最大粒徑的5倍選擇儀器。當常規(guī)試驗的儀器內(nèi)徑不能滿足要求時，應設(shè)計加工大直徑的滲透變形儀?；蚋鶕?jù)試樣情況，對最大允許粒徑以上的粗顆?？砂幢緲藴实?span style="font-family: Arial; font-size: 18px;">60.3.1條第3款第2項的規(guī)定處理。
3根據(jù)需要控制的干密度及試樣高度，試樣質(zhì)量應按下式計算：
md=ρdπr2hˊ (3.1)
式中：r——儀器筒身半徑(cm);
h'——試樣高度(cm)。
4稱取試樣后，為減少粗細顆粒分離現(xiàn)象，保證試樣的均勻性，應當分層裝填試樣，且每層的級配應相同，還可酌加相當于試樣質(zhì)量1%～2%的水分，拌和均勻后再進行裝樣。
5將稱好的試樣均勻分層裝人儀器中，用擊實錘(對于風化石渣或易擊碎之土料可采用振動加密法)擊實。達到要求的密度試樣總厚度：砂土不小于10cm;細礫石不小于15cm;中粗礫石為20cm～25cm;卵石為試樣最大粒徑的3倍～5倍。裝填分層厚度：砂土一般為2cm～3cm;砂礫石及砂卵石為試樣最大粒徑的1.5倍～2.0倍。
3.2試樣飽和應按下列步驟進行：
1試樣裝好后，測量試樣的實際厚度，然后用無氣水采用水頭飽和法進行飽和。使水位略高于試樣底面位置，再緩慢地提升水箱，每次提升1cm,待水箱水位與試樣中水位相等，并停10min后，再提升水箱。隨著供水箱上升，讓水由儀器底部向上滲入，使試樣緩慢飽和，以完全排除試樣中的空氣。與此同時，隨著水位上升，應接通相應的測壓管(若試驗用自來水，應至少貯存一天曝氣后再用來作試驗用水，以減少水中氣體的離析)。
2為減少試驗過程中由于試驗用水分離出的氣泡堵塞試樣孔隙，影響試驗準確度，應使試驗用水的溫度不低于室溫，或采用其他排氣措施。
3.3滲透試驗應按下列步驟進行：
1根據(jù)工程要求，當需要在試驗過程中在試樣頂面施加荷載時，則利用加荷設(shè)備。對于垂直滲透儀，通過活塞及上透水板對試樣施加荷載；對于水平滲透儀，通過上蓋板對試樣施加荷載。
2試驗時，選擇初始滲透坡降及滲透坡降遞增值，應先根據(jù)細粒含量大致判別試樣滲透變形的破壞形式。如為管涌破壞，則滲透坡降初始值及遞增值要小一些。如為流土破壞，則滲透坡降初始值及遞增值應大一些。其原則是既要測得試樣臨發(fā)生變形前的坡降，又要準確地測得臨界坡降。
3提升供水箱，使供水箱的水面高出滲透容器的溢水口(上進水口)保持常水頭差，形成初始滲透坡降。
4對管涌土，加第一級水頭時，初始滲透坡降可為0.02~0.03;然后一般可按0.05、0.1、0.15、0.2、0.3、0.4、0.5、0.7、1.0、1.5、2.0……等坡降遞增。但在接近臨界坡降時，滲透坡降遞增值應酌量減小。對于非管涌土，初始滲透坡降可適當提高，滲透坡降遞增值應適當放大。
5每次升高水頭30min至1h后，測記測壓管水位，并用量筒測讀滲水量3次。每次測讀間隔時間一般為10min～20min。同時測讀水溫、室溫。對非管涌土，測讀間隔時間可適當延長。仔細觀察試驗過程中出現(xiàn)的各種現(xiàn)象，如水的渾濁程度、冒氣泡、細顆粒的跳動、移動或被水流帶出、土體懸浮、滲流量及測壓管水位的變化等，并描述記于記錄中。
6如果連續(xù)3次測得的水位及滲水量基本穩(wěn)定，又無異?，F(xiàn)象，即可提升至下一級水頭。
7對于每級滲透坡降，均應按本標準3.3條第5款的規(guī)定重復進行，直至試驗破壞或當水頭不能再繼續(xù)增加時，即可結(jié)束試驗。
4計算、制圖和記錄
4.1試樣的干密度應按下式計算：
ρd=md/（πr2h0） (4.1)
式中：r—試樣半徑(cm);
h0——試樣初始高度(cm)。
4.2試樣的孔隙率應按下式計算：
n=(1-ρd/ρwGs)×100 (4.2)
式中：n——孔隙率(%)。
4.3土粒比重G、應為粗細顆粒混合比重，應按下式計算：
Gs=1/[P5/Gs1+（1-P5）/Gs2] (4.3)
式中：G?、G?——粒徑大于5mm和不大于5mm的土粒比重。
4.4滲透坡降應按下式計算：
i=ΔH/L (4.4)
式中：i——滲透坡降；
ΔH——測壓管水頭差(cm);
L——與水頭差ΔH相應的滲徑長度(cm)。
4.5滲流速度應按下式計算：
v=Q/tA (4.5)
式中：v——滲透流速(cm/s);
Q——滲水量(cm3);
t——時間(s);
A——試樣面積(cm2)。
4.6滲透系數(shù)應按下式計算：
kT=v/i (4.6)
4.7在雙對數(shù)紙上，以滲透坡降i為縱坐標，滲透速度v為橫坐標，繪制滲透坡降與滲流速度關(guān)系曲線(lgi-lgv曲線)。
4.8對管涌破壞的試樣，應分別確定其臨界坡降及破壞坡降。首先根據(jù)試樣的總厚度作出lgi-lgv曲線，必要時還應作出測壓管之間試樣厚度的lgi-gv曲線。臨界坡降可根據(jù)lgi-1gv關(guān)系曲線進行判斷。當lgi-lgv關(guān)系曲線的斜率開始變化，并觀察到細顆粒開始跳動或被水流帶出時，認為該試樣達到了臨界坡降ik,其值為：
ik=（i2+i1）/2 (4.8-1)
式中：i?——開始出現(xiàn)管涌時的坡降；
i?——開始出現(xiàn)管涌前一級的坡降。
隨著水頭逐步加大，細粒不斷被沖走，滲透流量變大，當水頭增加到試樣破壞，該坡降稱為試樣的破壞坡降ip,其值為：
iF=（iˊ2+iˊ1）/2 (4.8-2)
式中：i2——試樣破壞時的滲流坡降；
i——試樣破壞前一級的滲流坡降。
發(fā)生流土破壞時，有時i2不易測得，則可按下式計算：
ip=i (4.8-3)
4.9粗顆粒土的滲透及滲透變形試驗記錄格式應符合本標準附錄D表D.108的規(guī)定。
