[發明專利]超大粒徑粗粒土滲透系數測定裝置及測定方法

無效

• 申請號: 201310066304.3
• 申請日: 2013-03-04
• 公開（公告）號: CN103149143A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 沈細中;張俊霞;蘭雁;張敏
• 申請（專利權）人: 黃河水利委員會黃河水利科學研究院
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種超大粒徑粗粒土滲透系數測定裝置及測定方法，包括測試筒、自動加壓系統(11)和測壓管(12)，所述測試筒由底座支架(1)、緩沖料容器(2)、筒身(6)和上蓋(8)組成，其中，所述緩沖料容器(2)支撐在所述底座支架(1)上部，緩沖料容器(2)的側壁設置有下排氣孔(3)，下部設有下過水口(4)；所述緩沖料容器(2)上部與所述筒身(6)通過密封螺栓(5)連接，所述筒身(6)上設置多個筒壁測壓排氣孔(7)，每個所述的筒壁測壓排氣孔(7)設有閥門；所述筒身(6)上部通過密封螺栓(5)與所述上蓋(8)連接，所述上蓋(8)的上端設有上過水口(9)和上排氣孔(10)；所述自動加壓系統(11)與所述下過水口(4)連通，所述測壓管與所述筒壁測壓排氣孔(7)連通。

2.一種超大粒徑粗粒土滲透系數的測定方法，其步驟如下：

1.準備好超大粒徑粗粒土滲透系數測定裝置：

1.1所述測定裝置包括測試筒、自動加壓系統(11)和測壓管(12)，所述測試筒由底座支架(1)、緩沖料容器(2)、筒身(6)和上蓋(8)組成，其中，所述緩沖料容器(2)支撐在所述底座支架(1)上部，緩沖料容器(2)的側壁設置有下排氣孔(3)，下部設有下過水口(4)；所述緩沖料容器(2)上部與所述筒身(6)通過密封螺栓(5)連接，所述筒身(6)上設置多個筒壁測壓排氣孔(7)，每個所述的筒壁測壓排氣孔(7)設有閥門；所述筒身(6)上部通過密封螺栓(5)與所述上蓋(8)連接，所述上蓋(8)的上端設有上過水口(9)和上排氣孔(10)；所述自動加壓系統(11)與所述下過水口(4)連通，所述測壓管與所述筒壁測壓排氣孔(7)連通；

1.2在所述緩沖料容器內填充細礫石作為緩沖層，用以緩沖水流并將滲水壓力平均分散；

2.試樣制備：

2.1擾動樣制備

(1)選取試樣，對試樣進行顆粒分析，確定試樣的級配曲線，并繪制顆粒級配曲線圖；

(2)根據需要控制的干密度及試樣高度，按照式(1)計算試樣質量；

m_d＝ρ_dπr²h′?????(1)

式中：m_d——試樣干質量，g；

ρ_d——需控制的干密度，g/cm³；

r——測定裝置的筒身半徑，cm；

h′——試樣高度，cm；

(3)稱取試樣后，在試樣中加相當于試樣質量1％～2％的水分，伴和均勻后，將試樣分層裝入所述筒身內，每層的級配應相同，分層厚度：砂土為2～3cm，砂礫石及砂卵石為d₈₅的1.5～2.0倍；

(4)對于風化石渣或易擊碎的土料，采用振動加密法擊實，其他土料用擊實錘擊實；擊實后試樣總厚度：沙土不小于10cm；細礫石不小于15cm；中粗礫石為20～25cm；卵石不小于d₈₅的3～5倍，以包括試樣中最大顆粒為度；

2.2原狀樣制備：

(1)取樣位置：應選擇具有代表性地層和滲流流態條件的不同部位，如防滲墻底部、壩基墻底部、壩基內部段、水流出逸段、抗滲強度較低處等部位取樣；

(2)在取樣地點，首先挖一尺寸大于試樣尺寸的土柱，除去土樣表面的擾動土，再用削土工具小心地慢慢地將土樣削至要求尺寸與形狀；

(3)環繞土柱底四周的水平圖面上鋪墊一層砂，并使砂墊平整。

(4)套上筒身，筒身與試樣周圍間隙大致相等，埋設中間測壓管，間距10cm左右，然后在試樣周圍澆筑膨脹快凝水泥砂漿；

(5)養護24h，待砂漿有一定強度后，小心的切斷土柱，將試樣削平；

3.滲透系數測定：

3.1將擾動樣或原裝樣安裝要求填放在筒身6內，測量試樣的實際厚度；

3.2對試樣進行排氣飽和：在自動加壓系統11內儲存熱水或常溫自來水，所述熱水溫度為25-40攝氏度，所述常溫自來水應當是貯存至少一天并曝氣后的自來水，將自動加壓系統11連通下過水口4，并使自動加壓系統11的水位略高于試樣底面位置，再逐漸增大自動加壓系統11的水壓，讓水從試樣的底部向上滲入，與此同時，隨著水位上升，應使相應的測壓管12處于排氣狀態，以完全排除試樣中的空氣，使試樣緩慢飽和；

3.3增大滲水壓力，使得上過水口9開始有水流出，保持常水頭差，形成初始滲透坡降；

3.4對于管涌土，加第一級水頭時，初始坡降為0.02～0.03；然后按0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.7、1.0、1.5、2.0的坡降遞增，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，初始滲透坡降比管涌土適當提高，滲透坡降遞增值應適當放大；

3.5每次升高水頭30min至1h后，測記筒身側壁上5個等距的筒壁測壓排氣孔7的水位ΔH₁、ΔH₂、ΔH₃、ΔH₄、ΔH₅，計算兩相鄰筒壁測壓排氣孔7水位差的平均值，作為計算使用的水頭差ΔH，并用量筒測量上過水口9單位時間Δt的滲水量Q，每次測量間隔的單位時間Δt為10～20min；連續4次測得的水位及滲水量基本穩定，即可提升至下一級水頭；

3.6對于每級滲透坡降，均按照步驟3.5的做法重復進行，直至試樣破壞，水頭不能再繼續增加時，即可結束試驗；

4.計算：

4.1孔隙率：

n=(1-ρdρωGs)×100---(2)]]>

式中：ρ_d——干密度，g/cm3；

ρ_ω——水的密度，g/cm3；

n——孔隙率。％；

G_s——土粒比重；

土粒比重G_s應為粗細顆粒混合比重，即：

Gs=1P1GS1+P2GS2---(3)]]>

式中：G_S1、G_S2——分別為粒徑大于和小于5mm的土粒比重；

P₁、P₂——分別為粒徑大于和小于5mm的土粒含量。

4.2滲透坡降：

i=ΔHL---(4)]]>

式中i——滲透坡降；

ΔH——測壓管水頭差平均值，cm；

L——與水頭差ΔH相應的滲徑長度，cm。

4.3滲流速度

v=QA---(5)]]>

式中Q——單位時間滲流流量，cm³/s；

A——試樣面積，cm²；

v——滲流速度，cm/s。

4.4滲透系數

kT=vi---(6)]]>

3.根據權利要求2所述的一種超大粒徑粗粒土滲透系數的測定方法，其特征在于，步驟3.2中的所述常溫自來水的溫度為20攝氏度。