常水头渗透试验：测定土的渗透系数

常水头渗透试验：测定土的渗透系数

试验目的

本试验的目的是测定砂性土的渗透系数。

试验设备和仪器

1. 70型渗透仪如图1-8

• 封底圆筒高为40cm，直径为10cm
• 金属孔板置于距金属圆筒底6cm处
• 3个测压孔的中心距为10cm，与筒壁连接处装有铜丝布
• 玻璃管内径为0.6cm左右，用橡皮管与测压孔连接并固定于有同一刻度的木板上，测记水位

2. 其他附属设备

• 木击锤、秒表、天平、温度计等

试验原理和计算公式

达西定律是水在土中渗透的基本定律，表明渗透速度与水力坡降呈线性关系，比例系数K即水力坡降i＝1时的渗透速度，称为渗透系数，它表示土的渗透性强弱的指标，试验中的计算公式均由达西定律导出。

1. 按下式计算试样的干密度ρd及孔隙比e

图1-8 常水头（70型）渗透仪装置
1—金属圆筒；2—金属孔板；3—测压孔；4—测压管；5—溢水孔；6—渗水孔；7—调节管；8—滑动支架；9—供水管；10—止水夹；11—温度计；12—量杯；13—试样；14—砾石层；15—铜丝筛布滤网；16—供水瓶

2. 按下式计算渗透系数kt及k20

式中

• ms——试样干质量，g
• m——风干试样总质量，g
• w——风干含水率，%
• ρd——试样干密度，g／cm3
• ρw——水的密度，可近似取1g／cm3
• A——试样断面积，cm2
• h——试样高度，cm
• e——试样孔隙比
• ds——土粒比重
• kt——水温t°时试样的渗透系数，cm／s
• Q——时间ts内的渗透水量，cm3
• L——两侧压孔中心间的试样高度，10cm
• H——平均水位差
• t——时间，s
• k20——水温为20℃时试样的渗透系数，cm／s
• ηt——t℃水的动力粘滞系数，Pa·s
• η20——20℃时水的动力粘滞系数，Pa·s

（比值ηt／η20与温度的关系，见表1-12）

表1-12 比值ηt／η20与温度的关系表

试验步骤

1. 装好仪器，量测滤网至筒顶的高度，将调节器与供水管相连，从渗水孔向圆筒充水至水位略高于金属孔板，关止水夹。
2. 取具有代表性的风干试样3～4kg，称质量（准至1.0g），测定其风干含水率。
3. 将试样分层装入仪器，每层厚2～3cm，用木锤轻轻击实，使达一定厚度，以控制其孔隙比。第一层试样装好后，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。
4. 依上述步骤逐层装样，至试样高出测压孔3～4cm为止，在试样上端铺约2cm厚的砾石作缓冲层，并使水位上升至溢水孔有水溢出时，关止水夹。
5. 试样装好后，量测试样顶面至仪器上口的剩余高度，计算净高，称剩余试样质量（准确至1.0g），计算装入试样总质量。
6. 静置数分钟后，检查各测压管水位是否与溢水孔齐平，如不齐平，说明试样中或测压管接头处有集气阻隔，可用吸水球对水位底的管口吸水排气。
7. 提高调节管使高于溢水孔，然后将调节管与供水管分开，并将供水管置于试样筒内，开止水夹，使水由上部注入筒内。
8. 降低调节管口使位于试样上部1／3处，造成水位差，水即渗过试样，经调节管流出。在渗透过程中，应调节供水管夹，使供水流量略多于渗出水量，溢水孔始终有些水溢出，以保持常水位。
9. 测压管水位稳定后，记录其水位。开动秒表，同时用量筒接取经一定时间的渗水量，并重复一次。接取渗水量时，调节管口不可没入水中。
10. 测记进水与出水处的水温，取其平均值。
11. 降低调节管口至试样中部及下部1／3处，以改变水力坡降，按8～10步骤重复进行测定。

试验记录

试验记录见表1-13。

表1-13 渗透实验记录表（一）

根据计算的渗透系数，应取3～4个在允许差值范围内的数据的平均值，用以作为试样在该孔隙比下的渗透系数（允许差值不大于2×10－n）。

思考题

1. 砂样装入仪器时，为什么要分层装入，并且用木锤轻轻击实，其控制标准是什么？
2. 为什么要在试样上端铺约2cm厚的砾石作为缓冲层，而当试样中含有粘粒时，在滤网上铺2cm厚的粗砂作为过滤层的作用是什么？
3. 检查测压管水位时，当测压管水位与溢水孔水位不平时是什么原因产生的？如何消除其影响？
4. 整个常水头试验过程中为什么要使进入圆筒的水量多于渗出的水量？在接取出水量时，为什么要调节管口不得浸入水中？
5. 在整理资料时为何要进行温度校正？