粗颗粒土的渗透及渗透变形试验ＳＬ２３７－０５６－１９９９目的和适用范围１．０．１本试验的目的是侧足粗颗粒土在渗流水通过时，试样的渗透系数和细颗粒随渗流逐渐流失的临界坡降（管涌）及土体整体浮动时的破坏坡降（流土）。１．０．２本试验适用于扰动的粗颗粒土试样和原状粗颗粒土试样。２引用标准ＳＬ１１４－９５杠杆式固结仪校验方法。ＳＬ２３７－０５３－１９９９《粗颗粒土的土样制备》。３仪器设备３．１仪器设备３．１．１垂直渗透变形仪：见图３．１．１。包括仪器筒、顶盖、底座、透水板及支架。仪器筒身内径为２０ ｃｍ和３０ ｃｍ两种；仪器高度分别为直径的３倍和２倍。顶盖中心为一活塞套。透水板分上透水板和下透水板，上透水板兼起传递荷载作用。透水板孔径分别为３， ５， ７ｍｍ（在下渗水板之下，也可设置斜透水板，坡度为 Ｃ：）￣（：１－５），用以排除水中含气，斜透水板上端设有排气孔）。３．１．２供水设备：供水箱，提升架、橡皮管。供水箱设置溢流堰，能保持常水头。３．１．３加荷设备：活塞杆、加荷框架、加荷杠杆和百分表支架４． ３０３．１．４量测设备：测压管、量筒、秒表、温度计、百分表和测压装置。３． １．５其他设备：击锤（或振动器）、台秤、天平及标准筛等３．２仪器设备的检定和校准３．２． １加荷设备：加荷框架、加荷杠杆应参照ＳＬ １１４－９５的杠杆校验和珐码校验进行校验。３．２．２量测设备：量筒、秒表、温度计、百分表等应按有关规程进行检定。３．２．３台秤、天平应按有关检定规程进行检定。３．３仪器检查３．３． １将下进水口与供水管相连接，使仪器充水，检查仪器的各部件是否堵塞及漏水等。检查完毕后，降低供水箱，使水箱中水位与下透水板的下沿齐平。３．３．２取去顶盖，放人孔径５ ｍｍ的下透水板，并铺以同样直径的滤网，以免细料漏失沿仪器壁和滤网之间的接触缝隙涂一圈油泥或橡皮泥图３．１．１垂直渗透 变形仪示意图 １一简身水板２一上盖；３一上透４一下透水板；５一斜透水板；６一上进水口（溢水口）；７一下进水口（溢水口）；８一测压孔９一排气孔工。一上排气孔．１１－橡皮止水；１２－集砂器；１３一支架 ３．３．３开启全部测压孔，使之处于排气状态。４操作步骤４．１试样制备４．１．１扰动试样制备。 １从风干、松散的土样中，取具有代表性土样，进行颗粒分析试验，确定试样的颗粒级配，并绘制颗粒级配曲线。２根据试验土样粒径，按仪器内径应大于试样粒径ｄａ ｓ的５倍４３１ 选择仪器。当常规试验的仪器内径不能满足要求时，应设计加工大直径的渗透变形仪。或根据试样情况，亦可对最大允许粒径以上的粗颗粒按ＳＬ２３７－０５３－ １９９９规程３．１．３的规定加以处理。３根据需要控制的干密度及试样高度，按式（ ４． １． １）计算试样质量： ｍ，＝ｐ，ａｒ＇ｈ＇ （４．１．１）式中ｍ，—试验需要的干土质量，９；Ｐ，一一需控制的干密度，Ｓ／ｃｍ＇； ｒ一一仪器筒身半径，ｃｍ； ｈ‘一一试样高度，ｃｍ４称取试样后，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，且每层的级配应相ｆａｌ，还可酌加相当于试样质量１００－－２％的水分，拌和均匀后再进行装样。ｓ将称好的试样均匀分层装人仪器中，用击实锤（对于风化 石渣或易击碎之土料可采用振动加密法）击实。达到要求的密度试样总厚度：砂土不小于１０ ｃｍ；细砾石不小于１５ ｃｍ；中粗砾石为２０－２５ ｃｍ；卵石不应小于ｄ；的３－５倍，以包括试样中最大颗粒为度。装填分层厚度砂土一般为２＾３ ｃｍ；砂砾石及砂卵石为ｄ，：的１．５一２．。倍。４．１．２原状试样制备１取样位置应选择有代表性地层和渗流流态条件的不同部 位，如防渗墙底部、坝基内部段、水流出逸段、抗渗强度较低处等部位取样。２在取样地点 首先挖一尺寸大于试样尺寸的土柱，除去土样表面的扰动土，再用削土工具小心地慢慢地将土样削至所要求尺寸（圆形）３ 环绕土柱底四周的水平土面仁铺垫一层砂，并使垫砂平整 ４套上筒身，筒身与试样周围间隙大致相等，埋设中间测压管，间距１０ ｃｍ左右，然后在试样周围浇注膨胀快凝水泥砂浆４３２ （配合比：水灰比。． ６５、灰砂比１：１，掺２０％生石膏、２０％氯化钙、。００５％铝粉），浇好养护 ５待砂浆有一定强度后（一般２４ ｈ），小心地切断土柱，然后连同筒身运至室内将试样削平，在试样下端放置下透水板及斜透水板。接上下进水口，并与供水管连接４．２试样饱和４．２．１试样装好后，测量试样的实际厚度，然后采用热水饱和法进行饱和，即在供水箱内贮存热水，使水位略高于试样底面位置，再缓慢地提升水箱，每次提升１ ｃｍ，待水箱水位与试样中水位相等，并停１０ ｍｉｎ后，再提升水箱。随着供水箱上升，让水由仪器底部向上渗人，使试样缓慢饱和，以完全排除试样中的空气。与此同时，随着水位上升，应接通相应的测压管。（若试验用自来水，应至少贮存一天曝气后再用来作试验用水，以减少水中气体的离析）。４．２．２为减少试验过程中由于试验用水分离出的气泡堵塞试样孔隙，影响试验准确度，力求使试验用水的温度等于或高于室温，或采用其他排气措施４．３试验步骤４．３． １根据工程要求，如需要在试验过程中在试样顶面施加荷载，则利用加荷设备，通过活塞及＿［透水板对试样施加荷载。４．３．２试验时，选择初始渗透坡降及渗透坡降递增值，应先根据细粒含量大致判别试样渗透变形的破坏形式。如为管涌破坏，则渗透坡降初始值及递增值要小一些。如为流土破坏，则渗透坡降初始值及递增值应大一些。其原则是既要测得试样临发生变形前的坡降，又能准确地测得临界坡降。４．３．３提升供水箱，使供水箱的水面高出渗透容器的溢水口（上进水口），保持常水头差，形成初始渗透坡降。４．３．４对管涌土，加第一级水头时，初始渗透坡降可为。．０２－０１０３；然后一般可按。．０５， ０．１，。１５，。．２， ０．３， ０．４， ０． ５， ０． ７，１． ０， １． ５， ２． ０，…等坡降递增但在接近临界坡降时，渗透坡降４３３ 递增值应酌量减小。对于非管涌土，初始渗透坡降可适当提高，渗透坡降递增值应适当放大４．３．５每次升高水头３０ ｍｉｎ至１ｈ后，测记测压管水位，并用量筒测读渗水量３次。每次测读间隔时间一般为１０＾－２０ ｍｉｎ。同时测读水温、室温。对非管涌土，测读间隔时间可适当延长。仔细观察试验过程中出现的各种现象，如水的浑浊程度、冒气泡、细颗粒的跳动、移动或被水流带出、土体悬浮、渗流量及测压管水位的变化等，并描述记于记录中。４．３．‘如果连续４次测得的水位及渗水量基本稳定，又无异常现象，即可提升至下一级水头。４．３．７对于每级渗透坡降，均按本规程４． ３． ５的规定重复进行，直至试验破坏。当水头不能再继续增加时，即可结束试验。５计算和制图５．０．１按下列两式计算试样的干密度和孔隙率。１干密度： 刀ｄ ｔ ｒ＇ｈ（５．０．１－１）２孔隙率：一（ １一－．二Ｐｄ＼、，，。 ｛ｎ ｉｗ（５．０．１－２）Ｐｗ行， ｌ式中ａｎｄ—试样干质量，ｒ—试样半径，六一一试样高度，ｃｍ； Ｐｄ—干密度，ｇ ／ｃｍ＇ ；ｐ －一一水的密度，ｇ／ｃｍａ；ｎ—孔隙率，％； Ｇ，—土粒比重。土粒比重Ｇ应为粗细颗粒混合比重，即： ４３４（５－０． １－３）式中Ｇ， ， Ｇａ—分别为粒径大于和小于５尸、尸：—分别为粒径大于和小于５ Ｉｎｒｎｍｍ的土粒比重；土的含量，％５．０．２按式（（５．０．２）计算渗透坡降：，＝万一 式中Ｉ—渗透坡降；△Ｈ—测压管水头差，ｃｍ； △ｌ了（５．０．２）Ｌ—与水头差△Ｈ相应的渗径长度， ５．０．３按式（（５．０．３）计算渗透流速：ｖ＝Ａ Ｑ（５－０－３）协式中Ｑ一渗流量，ｃｍ丫ｓ；Ａ—试样面积，ｃ ｍ＇；。—渗透流速，ｃｍ／ｓ＞ ５．０．４按式（（５．０．４）计算渗透系数：（５． ０－４） ｋＴ＝ｖ， 式中符号见本规程式（（５．０．２）、式（（５－０－３）注：标准温度（２０ Ｃ〕时试样的渗透系数应为ｋ． ＝ｋ，度的关系杳５１．２３７－０１４－ １９９９《渗透试验》表３． ４． ２ ，７ｓｏ，比值念７，０温 ５５．０．５在双对数纸上，以渗透坡降：为纵坐标，渗透速度二为横坐标，绘制渗透坡降与渗流速度关系曲线（ｌｇｉ －Ｉｇｖ曲线），如图Ｓ．０．５ｅ５．０．６对管涌破坏的试样，应分别确定其临界坡降及破坏坡降首先根据试样的总厚度作出Ｉｇｉ－－ Ｉｇ，，曲线，必要时还应作出测压管之间试样厚度的ｌｇｉ －ｌｇｖ曲线。临界坡降可根据Ｉｇｉ －ｌｇ二关系曲线（图５． ０． ５）进行判断。４３万 ！一口｝｝｛｝一｛｝｝｝｛｝〕厄月日巨ｇ［１｛！｝｛｛｝１‘｝｝「餐必川一ｌ３二２二了一人万叮气十粉ｉ吐曰田日十出挂ｌ一！以｛山．．．一｛子七一山上川｝匕｝山且Ｚ）５・｛１干｝一１｝１一｝｛！｝一｛｛１｛｝＿｛川。｝｛｝！！｝｝｝｝｝｛！｝０。００１一一！｛｛一｝１｝一川１１１１一１１１日一｝｝｝｝」】｝日｝｛！一一１川一｝｝｛｛｝｝｛川日｝图５． ０．５１９，一ｌｇｙ曲线当１ ９；一ｌｇｙ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坡降；＊，其值为：＋一２（５．０．６一１）式中礼—开始出现管涌时的坡降；１１ —开始出现管涌前一级的坡降。随着水头逐步加大，细粒不断被冲走，渗透流量变大，当水 头增加到试样失去抗渗强度．该坡降称为试样的破坏坡降１＊，其值为：汽＋衬 ‘厂＝一一丁一（５．０．６一２）式中；，２—试样破坏时的渗流坡降；１ １—试样破坏前一级的渗流坡降。发生流土破坏时，有时１ １：不易测得，则可按下式计算：１ ；＝２，、（５．０．６一３）６记录６．０．１本试验记录格式如表６．ｏ．４３６ 〔日吕）一三ｑ留脚万州吧肠八拼褪留修卜阿翅缭”翔服习日岭湘￣翅回０。自 劝 〔已召器一经碧一圣此翻她映侧Ｎ甸伯 ｈ暇＿．，一川川一川一」一川一！】一川一魏蔫场借一！一川一川！一譬指誉刹承一【川川」一川一嘲优石一、婆一｝川川一一一勺｝一｝一川｝１川而｝一川」一」一｝一一足闷半娜划于噢钧以粼噢噢趁以侧殴噢钧侧 杯叭 但 公甘只（已已） （日已） ）（次 。气酬和葬缚琳暇理翻牲噢绷叼闺决侧姻艇叫０．９梢澎拓 彩七 瞬牙髯阵耸越。甫即契划于世牲（日。）一１川一川一｝｝｝＊ ｝ ？０｝ Ｉ －６ ｝」」一川」一」」１」１一一川川一川一，每卜若渤 ｕ＆日艺（已己侧褪牲撼棍都牲 公摇 睽 铃 目 魂 簇碧县联耸州邸翻默电“御娜娜翻３Ｉ｝ ＼据、日飞 分已 之Ｊ｜之侧柳十泄牲坦口左 （次） 丈并聋口卜粉拭（，ｔｕ〕勺弋豁目址万ｍ定咽妈耸书 少骡 卿 日纂一三长堪酬省典乙ａｆＯＷ ｎｔ ｕＩ｛｝一川川一川一种斡卞和 ｗ剩件￣１一一一川一一川川一川一一川川一一一飞侧妮耸够四翻牲 万侧 公 娜 洲 担 祖 蛋 艇ｈ｝誉弓 Ｅ枷撇１３９侧侧爷｛越一川川一川一｛Ｆｂ ！｝‘葺一川川｝一川｝一ｉ１ｇ｝ ｑ、一川川一川一，二落！Ｙ畜县｝９３ １ ￥Ｍｆ一｝１＼一／｝一｝。朋｝一｝朋４３７」一川川一｛」１」１御翻拭 骤少 扮 洲 拟『酥 耸 洲 洲忆 创 书 粗颗粒土的渗透及渗透变形试验ＳＬ２３７－０５６－１９９９１．０．２粗颗粒土的渗透变形试验，在ＳＤ１２８－８７《土工试验规程》第三分册中，分为三个试验项目：“无粘性扰动试样从下向上渗透变形试验”、“无粘性土扰动试样水平管涌试验”及“原状土渗透变形试验”，这三个试验项目的内容和方法都基本一致。为了简化起见，在本次规程修改中，将这三个试验项目合并为一个试验。其中原状土样，扰动土样均用同一仪器—垂直渗透变形仪。３．１．１关于垂直渗透变形仪器，在这次修改中，仍采用试样直径为２０ ｃｍ及３０ ｃｍ的两种。其相对应的断面积为３１４ ｃｍ＇及７０６ｃｍ，也可采用直径为２２． ６ ｃｍ，这样做是为了便于计算渗透速度。仪器内径与试验土样最大粒径（或姚５）之比值可选为４－６。个别地区可视当地材料而具体确定合适的比值。仪器高度一般来说为内径的２－３倍。仪器分进水段、试样段和出水段。仪器筒身可用无缝有机玻璃管制成，也可用嵌有玻璃的铁质圆筒，以便观察。３．１．３加荷设备。加荷的目的在于使试验更好地符合天然受力状态。图３．１．３所示设备可供参考。 目前，加荷设备大都采用杠杆式。一般均用于小直径仪器中。若用于大直径仪器，则所需荷载总量较大，设备也要加大，应用不便，且占地较多。也可采用其他方式加荷，例如气压。３．１．４测压管的布置原则。７２６ 图３．１．３加荷设备示意图１一进水口；２一试样；３一出水口１在仪器进水段及出水段应各布置一个测压管，以测定试样 总坡降。 ２试样段测压管应布置较密些一般每隔５． ０ ｃｍ布置一个。布置方式不限，可以分排布置，也可以螺旋形布置或其他布置形式。３在作反滤层试验时， 必须在反滤层与被保护土之间及反滤层每层之间的接触面上布置测压管。４在作水平渗透变形及接触冲刷试验时，在不同介质接触面 上，应每隔５ ｃｍ布置测压管。５测压板上的玻璃管一定要垂直， 各个玻璃管内径相互误差不大于２ ｍｍ， ６测压板上零点读数，应低于仪器的第一个测压管，测压板上的最高读数应比最高水箱的水位略高些。４．１．１关于超粒径处理办法见ＳＬ２３７－０５３－１９９９《粗颗粒土的土样制备》３．１．３条文说明。 试样装人仪器内，不可能与仪器边壁很好结合，容易形成边壁通道，渗流集中。因此，管涌往往首先从边壁孔隙内发生。这样，测得的管涌临界坡降就会偏小，使得试验成果失真，必须进行边壁外理。其处理办法，目前均处在摸索阶段，例如用凡士林或橡皮泥涂在侧壁周围等。这些处理办法均是在试样分层装人仪器时，同时逐层进行的。４．１．２过滤排气可以起到一定作用，当水流自下向上流动时，先通过倾斜透水板滤气并通过排气孔排出，然后通过下透水板进人试样，可以收到一定效果。４． ３． ３， ４． ３． ４为了缩短试验时间，＂８７规程”将渗流坡降的递增值，采用逐级加大的方法，即是随着试验的不断进行，将其相邻两级的坡降差额，逐步加大，类似于等比级数那样。这样做的目的是既节省了试验时间，又不会增大相对误差。但应按既要取得试样临发生变形前的坡降值，又要能准确找到变形的临界坡降的原则，视具体情况掌握对于非管涌土，递增值可大些，对于管７２７ 涌土递增值宜小些。在临界状态以后至破坏坡降这一段，由于历时较长，递增值可大些５． ０． ４， ５． ０． ５试验中对管涌的鉴别，国内外缺乏一个明确标准，概括起来，不外乎下列几种：１试验人员从仪器周壁及试样表面，直接用肉眼观察 ｚ在双对数纸上，以渗流坡降（Ｉ）为纵坐标，渗透速度ｃｖ）为横坐标，绘制ｉ －ｖ关系曲线。若试验期间，温度变化不大，坡降较小，则根据达西定律：即管涌发生以前，ｉ一二线段应为直线，其斜率等于１；管涌开始后，一般说来，该直线段将发生明显转折。３供水水箱位置升高，而上游测压管水位并不相应升高，甚 至下降，流量加大，说明试样内部结构已起变化４试样表面有２邝的面积出现细粒跳动，或泉眼翻滚，形成 破坏。从上面所列举的几条标准来看，立足点并不一致，有的是说 明管涌的临界坡降，有的则是说明管涌的破坏坡降。对管涌而言，其变形有一个发展过程。在ｉ－ｖ关系曲线上表现为：当第一个阶段接近终了时，斜率为１的直线段发生转折，到达管涌临界坡降管涌过程进人第二阶段，这时ｉ －ｖ直线与横轴成某一角度继续上升。在经历一个过程后，到达第三阶段，此时ｉ＾－ｖ曲线的纵坐标，值随ｖ的增大而减小，此转折点所对应的坡降值为破坏坡降。综上所述，对管涌的鉴定，应以：＾－ｖ曲线为主，并结合目测。７２８
