GB/T 50123-2019 粗颗粒土的渗透及渗透变形试验

63    粗颗粒土的渗透及渗透变形试验

63.1  一 般 规 定

63.1.1       土样应为扰动的粗颗粒土试样。

63.1.2       本试验方法分为垂直渗透试验和水平渗透试验。

63.2  仪 器 设 备

63.2.1       本试验所使用的主要仪器设备应符合以下规定：

1    垂直渗透变形仪(图63.2.1-1):包括仪器筒、顶盖、底座、 透水板及支架。筒身内径与试样最大颗粒粒径之比不应小于5, 试样高度不应小于试样直径。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。在下渗水板之  下，也可设置斜透水板，坡度为1:1～1:1.5,用以排除水中含气  斜透水板上端设有排气孔。

图63.2.1-1  垂直渗透变形仪示意图

1--筒身；2一上盖； .3-上透水板；4-下透水板；5一斜透水板；6—上进水口(溢水口); 7一下进水口(溢水口):8—测压孔；9—排气孔：10—上排气孔；11一集砂器；12一支架

2   水平渗透变形仪(图63.2.1-2):由进水段、试样段、出水 段、集砂器、水箱、支架组成。仪器的宽度和厚度与试样最大颗粒 粒径比不得小于5,长度不得小于宽度。

图63.2.1-2 水平渗透变形仪示意图

1-筒；2一进水段；3一试样段；4— 出水段；5一上盖板；6—上游透水板；

7一下游透水板；8一测压孔；9—上游进水口(放水口);10一下游放水口；

11一集砂器；12一格栅；13一上游排气孔；14一下游溢水口；15—橡皮止水；16—支架

3    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。

4    加荷设备：活塞杆、加荷框架、加荷杠杆和百分表支架。

5    量测设备：测压管、量筒、秒表、温度计、百分表和测压 装置。

6    其他设备：击锤(或振动器)、台秤、天平及标准筛等。

63.2.2       仪器检查应下列步骤进行：

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，降低供水箱，对于垂直渗透仪 使水箱中水位与下透水板的下沿齐平，对于水平渗透仪使水箱中 水位与试样底部齐平。

2  对于垂直渗透仪，取去顶盖，在下透水板上铺设滤网，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。 对于水平渗透仪，取去上盖板，固定上游透水板，在透水板上铺设  滤网。只进行渗透系数试验时，在下游固定透水板并铺设滤网。 需进行渗透变形时，下游设置格栅，安好集砂器。沿仪器壁和透水  板之间的接触缝隙涂一圈油泥或橡皮泥。

3  开启全部测压孔，使之处于排气状态。

63.3  操 作 步 骤

63.3.1  试样制备应按下列步骤进行：

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，按仪器内径不应小于试样最大粒径的 5倍选择仪器。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，对最大允许粒径以 上的粗颗粒可按本标准第60.3. 1条第3款第2项的规定处理。

3 根据需要控制的干密度及试样高度，试样质量应按下式 计算：

m_d =ρ_dπr²h'                         (63.3.1)

式中：r—— 仪器筒身半径(cm);

h'—— 试样高度(cm)。

4 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，且每层的级配应相同，还可酌加相当于试 样质量1%～2%的水分，拌和均匀后再进行装样。

5  将称好的试样均匀分层装入仪器中，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10cm; 细砾石不小于15cm; 中粗砾石为 20cm～25cm; 卵石为试样最大粒径的3倍～5倍。装填分层厚 度：砂土一般为2cm～3cm;  砂砾石及砂卵石为试样最大粒径的1.5倍～2.0倍。

63.3.2     试样饱和应按下列步骤进行：

1   试样装好后，测量试样的实际厚度，然后用无气水采用水 头饱和法进行饱和。使水位略高于试样底面位置，再缓慢地提升水箱，每次提升1cm, 待水箱水位与试样中水位相等，并停10min 后，再提升水箱。随着供水箱上升，让水由仪器底部向上渗入，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)。

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，应使试验用水的温度不低于室温，或采用 其他排气措施。

63.3.3     渗透试验应按下列步骤进行：

1   根据工程要求，当需要在试验过程中在试样顶面施加荷载 时，则利用加荷设备。对于垂直渗透仪，通过活塞及上透水板对试 样施加荷载；对于水平渗透仪，通过上盖板对试样施加荷载。

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，又要准确地测得临界坡降。

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   对管涌土，加第一级水头时，初始渗透坡降可为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……等坡降递增。但在接近临界坡降时，渗透坡降递增值  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。

5   每次升高水头30min 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10min～20min。 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。

6  如果连续3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。

7  对于每级渗透坡降，均应按本标准63.3.3条第5款的规 定重复进行，直至试验破坏或当水头不能再继续增加时，即可结束 试验。

63.4  计算、制图和记录

63.4.1  试样的干密度应按下式计算：

      (63.4.1)

式中：r——试样半径(cm);

h₀—— 试样初始高度(cm)。

63.4.2  试样的孔隙率应按下式计算：

(63.4.2)

式中：n——孔隙率(%)。

63.4.3  土粒比重G_s应为粗细颗粒混合比重，应按下式计算：

(63.4.3)

式中：G_s1 、G_s2 —— 粒径大于5mm 和不大于5mm 的土粒比重。

63.4.4  渗透坡降应按下式计算：

    (63.4.4)

式中：i—— 渗透坡降；

△H—— 测压管水头差(cm);

L—— 与水头差△H 相应的渗径长度(cm)。

63.4.5  渗流速度应按下式计算：

     (63.4.5)

式中：υ-—   渗透流速(cm/s);

Q—— 渗水量(cm³);

t——时间(s);

A—— 试样面积(cm²)。

63.4.6  渗透系数应按下式计算： 

     (63.4.6)

63.4.7  在双对数纸上，以渗透坡降 i 为纵坐标，渗透速度 v 为横 坐标，绘制渗透坡降与渗流速度关系曲线(lgi-lgʊ   曲线)。

63.4.8  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 lgi-lgυ曲线，必要时还应作出测压管  之间试样厚度的lgi-lgυ曲线。临界坡降可根据 lgi-lgυ关系曲线  进行判断。当lgi-lgυ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i_k,    其  值为：

(63.4.8-1)

式中：i₂—— 开始出现管涌时的坡降；

i₁—— 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 增加到试样破坏，该坡降称为试样的破坏坡降i,   其值为：

   (63.4.8-2)

式中：——  试样破坏时的渗流坡降；

——试样破坏前一级的渗流坡降。

发生流土破坏时，有时不易测得，则可按下式计算：

 (63.4.8-3)

63.4.9      粗颗粒土的渗透及渗透变形试验记录格式应符合本标准 附录 D 表 D.108 的规定。