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第五章 渗透试验
• 二、土的室内渗透试验
• (一)常水头渗透试验 • 1.试验原理 • 常水头试验装置如图5. 3所示，它适用于测量渗透性大的砂性土的
渗透系数。达西进行渗流试验用的就是常水头方法。试验时，在金属 圆筒中装高度为五，横截面面积为A的饱和试样。不断向试样筒内加 水，使其水位保持不变，水在恒定水头差△h的作用下流过试样，从 筒底排出。试验过程中，水头差△h保持不变，因此叫常水头试验。 试验过程中测得在一定时间t内流经试样的水量Q，那么根据达西渗透 定律有:
• 在粗颗粒土中，只有在小的水力坡降下，渗透速度与水力坡降才呈 线性关系，而在较大的水力坡降下，水在土中的流动进人紊流状态， 呈非线性关系，如图5. 2 (c)所示。
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第Байду номын сангаас章 渗透试验
• (三)渗透系数的测定和影响因素 • 1.影响渗透系数的因素 • (1)土的粒度成分和矿物成分的影响。 • (2)孔隙比对渗透系数的影响。 • (3)土的结构构造的影响。 • (4)结合水膜厚度的影响。 • (5)土中气体的影响。 • 此外，渗透系数还会受到液体茹滞系数的影响。
第五章 渗透试验
• 一、土的渗透性基本知识
• (一)概述 • 土是由固体相的颗粒、孔隙中的液体和气体三相组成的，而土中的
孔隙具有连续的性质，当土作为建筑物的地基或直接把它用作建筑物 的材料时，水就会在水头差作用下从水位较高的一侧透过土体的孔隙 流向水位较低的一侧。 • (1)渗透:在水头差作用下，水透过土体孔隙的现象; • (2)渗透性:土允许水透过的性能称为土的渗透性。
一定厚度，以控制其孔隙比。 • (4)每层试样装好后，连接供水管和调节管，并由调节管中进水，
微开止水夹，使试样逐渐饱和。当水面与试样顶面齐平时关止水夹。 饱和时水流不应过急，以免冲动试样。
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第五章 渗透试验
• (5)以上述步骤逐层装试样，至试样高出上测压管3~4 cm止，并饱 和试样。量测试样顶部至仪器上口的剩余高度，计算试样净高，称剩 余试样质量(准确至1. 0 g)，计算装入的试样总质量。在试样上面铺 1~2 cm砾石作缓冲层，放水，至水面高出砾石层2 cm左右，关闭止 水夹。
第五章 渗透试验
• 每秒钟渗透量为: • 达西发现，q与A, h成正比，与L成反比，则式(5 .1)写为:
则渗透速度的公式为:
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第五章 渗透试验
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第五章 渗透试验
• 由于达西定律只适用于层流的情况，故一般只适用于中砂、细砂、 粉砂等。
• 在黏土中，土颗粒周围存在着结合水，结合水因受到电分子引力的 作用而呈现黏滞性。因此，黏土中自由水的渗流受到结合水的黏滞作 用产生很大的阻力，只有克服结合水的抗拉强度后才能开始渗流。我 们将克服此抗拉强度所需要的水头梯度，称为茹土的起始水头梯度， 如图5. 2 (b)所示。这样在黏土中，达西定律为:
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第五章 渗透试验
• (9)降低调节管管口位置，使其位于试样上部1∕3处，造成水位差， 水渗过试样经调节管流出。注意溢水孔应始终有余水溢出，以保持常 水头。
• (10)测压管水位稳定后，记录测压管水位，计算各测压管间的水位 差。
• (11)开动秒表，同时用量筒接取经一定时间的渗透水量，并重复1 次。接取水量时，调节管出水口不可没入水中。
透是一种十分复杂的现象，由于一般土体(黏性土及砂土)中的孔隙较 小，水在土体中流动时的茹滞阻力很大，流速缓慢，因此，其流动状 态大多属于层流。 • 法国学者达西(H. Darcy)于1856年通过砂土的渗透试验，发现了地 下水的运动规律，该规律称为达西定律。试验装置如图5. 1所示。
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第五章 渗透试验
• 2.现场侧定法 • 与室内试验法相比，现场测定法的试验条件更加符合实际土体的渗
透情况，测得的渗透系数为整个渗流区较大范围内土体渗透系数的平 均值，是比较可靠的试验方法，但试验规模较大，所需人力、物力也 较多。现场测定渗透系数的方法较多，常用的有注水试验和抽水试验 等，这种方法一般是在现场钻孔或挖试坑，在向地基中注水或抽水时， 测量地基中的水头高度和渗流量，再根据相应计算公式求出渗透系数 值。本书对此不详述，读者可查阅相关书籍或手册(如《工程地质手 册》等)。
• (6)量测试样顶部至仪器上口的剩余高度，计算试样净高。称剩余 试样质量(准确至1. 0 g)，计算装入的试样总质量。在试样上面铺1~2 cm砾石作缓冲层。
• (7)将调节管与供水管分开，将供水管置于金属圆筒内，开止水夹， 使水由圆筒上部注入，至水面与溢水孔齐平为止。
• (8)静置数分钟，检查各测压管水位是否与溢水孔齐平。如不齐平， 用吸水球进行吸水排气，调至水位齐平为止。
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第五章 渗透试验
• (二)土的渗透规律—达西定律 • 介绍土的渗透规律前先介绍几个水力学概念。 • (1)流线:水质点的运动轨迹称为流线。 • (2)层流:如果流线互不相交，则水的运动称为层流。 • (3)紊流:如果流线相交，水中发生局部旋涡，则称为紊流。 • 土体中孔隙的形状和大小是极不规则的，因而水在土体孔隙中的渗
• (12)测记进水与出水的水温，取其平均值。 • (13)降低调节管管口至试样中部及下部1∕3处，以改变水力坡降，按
(9) ~(12)步骤重复进行测定。
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第五章 渗透试验
• 4.成果整理 • (1)按下式计算干密度和孔隙比:
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第五章 渗透试验
• (2)按下式计算渗透系数:
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第五章 渗透试验
• (3)按下式计算标准温度下的渗透系数: • 比值与温度的关系可由表5. 1查得。
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第五章 渗透试验
• 2.试验设备 • 常水头渗透仪((70型渗透仪)、天平、温度计、木锤、秒表、橡皮管、
管夹等。 • 3.试验步骤 • (1) 安装好仪器。 • (2)取具有代表性的风干试样3~4 kg，并测定试样的风干含水率。 • (3)将试样分层装入金属圆筒，每层厚2~3 cm，用木锤轻轻击实到