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1、试验三、细 粒 土 渗 透 试 验（一）概述渗透试验的目的是测定土的渗透系数。室内试验可根据不同土质情况选用不同仪器和试验方法，详见土工试验规程SL2371999。本试验主要介绍用南55 型渗透仪在变水头条件下测定细粒土的渗透系数的方法。（二）试验原理在实验室内测定土的渗透系数方法很多。根据其原理，可分为常水头和变水头两种。前者适用于透水性大（k103cm/s）的粗粒土，例如砾石和砂土。后者适用于透水性小（k103cm/s）的细粒土，例如粉土和粘土。细粒土由于渗透系数很小、渗流流过土样的总水量很小，不易准确测定；或者测定总水量的时间需要很长，受蒸发和温度变化影响的实验误差会逐渐变大，必须采用变
2、水头试验。所谓变水头试验就是在整个试验过程中，水头差随时间而变化的方法，如图 31 所示。试验过程中，某任一时间 t 作用于土样的水头为 h，经过 dt 时间间隔以后，刻度管（截面积为 a）的水位降落 dh，则从时间 t 至 t+dt 时间间隔内流经土样的水量 dQ 为adhdQ式中，负号表示水量 Q 随水头 h 的降低而增加。同一时间内作用于试样的水力梯度，根据达西定律，Lhi/其水量 dQ 应为AdtLhkkiAdtdQ得到 kAhaLdhdt两边积分，并注意试验中，开始时（）的水头高度为，结束1tt 1h时（）的水头高度为，则2tt 2h2121hhttkAhaLdhdt得 21 12l
3、nhh kAaLtt（ 31，a） 2112ln)(hh ttAaLk或者改为常用对数表示，则有 2112log)(3 . 2hh ttAaLk（ 31，b）式中 a刻度管截面积，cm2；h1起始水头，cm；h2经时间（t2t1）后的水头，cm；其他符号意义同前。1仪器设备南55 型渗透仪，其渗透容器见图 32，变水头装置如图 34 所示。图中测压管的内径应均匀，且不大于 1cm，测压管装在附有精确到 1.0mm 刻尺的木板上。图 31 变水头试验装置示意图图 32 南55 型渗透容器另外有：切土器、100 毫升量筒、秒表、温度计、削土刀、钢丝锯、凡士林等。2操作步骤（1）切取试样。用环刀垂直
4、或平行土样层面（视需测定土层垂直或水平渗透系数定）切取原状试样，或按给定密度制备击实试样。切取原状土的技术和仔细程度与试验成果的精度有很大关系，因此，在切取土样时应尽量避免结构扰动。宜先整平土样的上下两面，在环刀内壁涂一薄层凡士林，然后略加压力，将环刀平稳地垂直压下少许（切忌很快压入，应双手均匀加压，并保持试样与环刀密合） ；再将环刀以下的土样侧面削去一层，使与环刀刃口相接处的土样直径只略大于环刀内径；如此边压边修，直到试样突出环刀为止。最后大致削去环刀两端余土，用长度大于环刀直径的削土刀（或钢丝锯）从环刀半圆处分别向两边慢慢地削去突出的多余土样，直至两端平整为止。在削去表面余土过程中不要用削
5、土刀反复涂抹试样表面，以免土样表面的孔隙被堵塞或试样遭受压缩，影响试验结果。如修成的试样不符合要求，应重新切取。（2）将容器套筒内壁涂上一薄层凡士林，然后将装有试样的环刀推入套筒，并压入止水垫圈。刮去挤出的凡士林。装好带有透水石和垫圈的上下盖，并且用螺丝拧紧，避免漏气、漏水。（3）把装好试样的容器的进水口与供水装置连通。关止水夹，使供水瓶注满水，直至供水瓶的排气孔有水溢出时为止。（4）把容器侧立，排气管向上，并打开排气管管夹。然后打开止水夹及进水口管夹，排除容器底部的空气，直至水中无夹带气泡溢出为止。关闭排气管管夹，并放平渗透容器。（5）向变水头管注水，使水升至预定高度，待水位稳定后，打开进水
6、夹，使水通过试样，当容器上盖出水管有水溢出时开始测记，同时测记起始水头 h1，经过时间 t 后，再记终止水头 h2（每次测定的水头差应大于 10cm） ，如此连续测记 23 次后，再使水头管水位回升至需要高度，再连续记数次，前后需 6 次以上，试验终止。同时测记试验开始时与终止时出水口的水温。3计算及记录（1）按下式计算 T时的渗透系数（ 32）21 Tlog3 . 2hh AtaLk 式中 a变水头测压管截面积，cm2；L渗径，等于试样高度，cm；h1开始时水头，cm；h2终止时水头，cm；其余符号意义同前。（2）按下式计算水温 20的渗透系数（ 33）20T T20kk、水温 T、20时试
7、样的渗透系数，cm/s；Tk20k 、T、20时水的动力粘滞系数，kPas（10-6） ；T20图 33 变水头装置比值与温度的关系，见表 31。20/T表 31 水的动力粘滞系数比20T/温度 ()20T/温度 ()20T/温度 ()20T/温度 ()20T/5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5 10.0 10.5 11.01.501 1.478 1.455 1.435 1.414 1.393 1.373 1.353 1.334 1.315 1.297 1.279 1.26111.5 12.0 12.5 13.0 13.5 14.0 14.5 15.
8、0 15.5 16.0 16.5 17.0 17.51.243 1.227 1.211 1.194 1.176 1.168 1.148 1.133 1.119 1.104 1.090 1.077 1.06618.0 18.5 19.0 19.5 20.0 20.5 21.0 21.5 22.0 22.5 23.0 24.0 25.01.050 1.038 1.025 1.012 1.000 0.988 0.976 0.964 0.958 0.943 0.932 0.910 0.89026.0 27.0 28.0 29.0 30.0 31.0 32.0 33.0 34.0 35.00.870 0
9、.850 0.833 0.815 0.798 0.781 0.765 0.750 0.735 0.720（3）在测得的结果中取 34 个允许误差范围以内的数值，求其平均值，作为试样在该孔隙比的平均渗透系数。允许误差不大于 210ncm/s。（4）记录本试验记录格式如下：变水头渗透试验记录试验日期 试样面积（A） 班组 仪器编号 试样高度（L） 姓名 测压管断面积（a） 孔隙比（e） 开始 时间 t1(s)终了 时间 t2(s)经过 时间 t(s)开始 水头 h1 (cm)终了 水头 h2 (cm)2.3tALa lg21 hhT时间渗 透系数 (cm/s)水温 ()水的动 力粘滞 系数比20/T水温 20时 的渗透系数 (cm/s)平均渗 透系数 (cm/s)(1)(2)(3)=(2)(1)(4)(5)(6)2.3)3( ALa(7)(8)=(6)(7)(9)(10)(11)=(8)(10 )(12)
