專利名稱：超大粒徑粗粒土滲透系數(shù)測定方法
技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種水利工程材料的參數(shù)測定方法，特別涉及一種用于對工程中選用的超大粒徑粗粒土料(粒徑60mm ( d85 ( 100mm)進(jìn)行滲透特性測定的方法,其IPC國際專利分類號為E02D1/04和E02D33/00。
背景技術(shù)：
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在水利、交通、鐵路等工程建設(shè)中，粗粒土常常作為基礎(chǔ)用料。粗粒土按照《土的分類標(biāo)準(zhǔn)》(GBJ145-90)規(guī)定，粗顆粒土指的是粒徑大于0.075mm且小于60mm的顆粒。
在水利工程中，粗粒土常作為壩基、堤基用料；在鐵路、公路工程中，則常常作為路基用料。對于這些工程而言，滲透變形、破壞是一個常見的問題，粗粒土由于其構(gòu)成的成份、級配不同，以及不同的工程情況，其滲透性能差距非常大，因此，在工程中采用合適的粗粒土料，需要進(jìn)行其滲透性能的測試。近年來由于國家大力建設(shè)水利工程，南水北調(diào)等大型水利工程已經(jīng)在建設(shè)中，在南水北調(diào)工程中，由于工程戰(zhàn)線長，施工用土料需求巨大，特別是作為引水渠道的基礎(chǔ)用料的粗顆粒土。為方便施工，就地取料是較為有效的措施之一。南水北調(diào)工程沿線區(qū)域的土料，粗顆粒土量較少，大多為粒徑超過60_但小于IOOmm的超大粒徑粗粒土，即粒徑60mm ( d85 ( 100mm。通過試驗驗證,該類超大粒徑的粗粒土經(jīng)過正確的配比，可以達(dá)到工程用料的要求，但其的滲透性能需要經(jīng)過嚴(yán)格的試驗測定，才能運用在工程之中。
在目前的工程應(yīng)用中，有針對粗粒土進(jìn)行滲透試驗的裝備，其設(shè)備內(nèi)徑大小為200mm和300mm,根據(jù)《土工試驗規(guī)程》(SL237-1999)的規(guī)定,根據(jù)試驗土樣粒徑,按儀器內(nèi)徑大于試樣粒徑d85的5倍選擇儀器。因此，現(xiàn)有的設(shè)備能夠測試的粒徑范圍有限，d85不超過60mm。由于之前在水利工程中使用超大粒徑粗粒土非常少，同時在水利工程中使用該類土料時，需配比較多的黏性土小顆粒，加之試樣尺寸較大，試樣非常難以進(jìn)行排氣飽和，因此沒有對超大粒徑粗粒土進(jìn)行滲透性能測試的儀器和成熟的測試方法。隨著南水北調(diào)等大型工程的建設(shè)，超大粒徑粗粒土在工程中的應(yīng)用會越來越廣泛，研制一套能對超大粒徑粗粒土滲透特性進(jìn)行測試的儀器及其測試方法，是非常有必要的。發(fā)明內(nèi)容:
本發(fā)明的目的是提供一種快速、系統(tǒng)、簡便、快速的適用于超大粒徑粗粒土滲透系數(shù)及滲透變形測定的方法。
一種超大粒徑粗粒土滲透系數(shù)測定方法，其步驟如下:
1.準(zhǔn)備好超大粒徑粗粒土滲透系數(shù)測定裝置:
1.1所述測定裝置包括測試筒、自動加壓系統(tǒng)和測壓管，所述測試筒由底座支架、緩沖料容器、筒身和上蓋組成，其中，所述緩沖料容器支撐在所述底座支架上部，緩沖料容器的側(cè)壁設(shè)置有下排氣孔，下部設(shè)有下進(jìn)水口 ；所述緩沖料容器上部與所述筒身通過密封螺栓連接，所述筒身上設(shè)置多個筒壁測壓排氣孔，每個所述的筒壁測壓排氣孔設(shè)有閥門；所述筒身上部通過密封螺栓與所述上蓋連接，所述上蓋的上端設(shè)有上出水口和上排氣孔；所述自動加壓系統(tǒng)與所述下進(jìn)水口連通，所述測壓管與所述筒壁測壓排氣孔連通；1.2在所述緩沖料容器內(nèi)填充緩沖層，用以緩沖水流并將滲水壓力平均分散，所述緩沖層由3層材料組成，從下至上依次為粗砂、小石子、大石子；2.試樣制備:2.1擾動樣制備(I)選取試樣，對試樣進(jìn)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(jù)需要控制的干密度及試樣高度，按照式(I)計算試樣質(zhì)量；md= P d r2h'(I)式中:md——試樣干質(zhì)量，g ；P 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(dāng)于試樣質(zhì)量1% 2%的水分，伴和均勻后，將試樣分層裝入所述筒身內(nèi)，每層的級配應(yīng)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(fēng)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IOcm ;細(xì)碌石不小于15cm ;中粗碌石為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:(I)取樣位置:選擇具有代表性地層和滲流流態(tài)條件的不同部位進(jìn)行取樣；(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(huán)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(shè)中間測壓管，間距IOcm左右，然后在試樣周圍澆筑膨脹快凝水泥砂漿；(5)養(yǎng)護(hù)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(shù)測定:3.1將擾動樣或原裝樣安裝要求填放在筒身6內(nèi)，測量試樣的實際厚度；3.2對試樣進(jìn)行排氣飽和:在自動加壓系統(tǒng)11內(nèi)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(yīng)當(dāng)是貯存至少一天并曝氣后的自來水，將自動加壓系統(tǒng)11連通下進(jìn)水口 4，并使自動加壓系統(tǒng)11的水位略高于試樣底面位置，再逐漸增大自動加壓系統(tǒng)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(yīng)使相應(yīng)的測壓管12處于排氣狀態(tài)，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，使得上出水口 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(yīng)酌量減?。粚τ诜枪苡客?，初始滲透坡降比管涌土適當(dāng)提高，滲透坡降遞增值應(yīng)適當(dāng)放大；
3.5每次升高水頭30min至Ih后，測記筒身側(cè)壁上5個等距的筒壁測壓排氣孔7的水位AH:、AH2, AH3、AH4, AH5，計算兩相鄰?fù)脖跍y壓排氣孔7水位差的平均值，作為計算使用的水頭差A(yù)H，并用量筒測量上出水口 9單位時間At的滲水量Q，每次測量間隔的單位時間A t為10 20min ;連續(xù)4次測得的水位及滲水量基本穩(wěn)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(fù)進(jìn)行，直至試樣破壞，水頭不能再繼續(xù)增加時，即可結(jié)束試驗；
4.計算:
4.1 孔隙率:
權(quán)利要求
1.一種超大粒徑粗粒土滲透系數(shù)測定方法及裝置，其步驟如下:準(zhǔn)備好超大粒徑粗粒土滲透系數(shù)測定裝置: .1.1所述測定裝置包括測試筒、自動加壓系統(tǒng)(11)和測壓管(12)，所述測試筒由底座支架(I)、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(I)上部，緩沖料容器(2 )的側(cè)壁設(shè)置有下排氣孔(3 )，下部設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)有上過水口(9)和上排氣孔(10);所述自動加壓系統(tǒng)(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(nèi)填充緩沖層，用以緩沖水流并將滲水壓力平均分散，所述緩沖層由3層材料組成，從下至上依次為粗砂、小石子、大石子；.2.試樣制備: .2.1擾動樣制備 (1)選取試樣，對試樣進(jìn)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(jù)需要控制的干密度及試樣高度，按照式(I)計算試樣質(zhì)量； md= P d τι r2h’(I) 式中:md——試樣干質(zhì)量，g ； P 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(dāng)于試樣質(zhì)量1% 2%的水分,伴和均勻后，將試樣分層裝入所述筒身內(nèi)，每層的級配應(yīng)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(fēng)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IOcm ;細(xì)碌石不小于15cm ;中粗碌石為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:選擇具有代表性地層和滲流流態(tài)條件的不同部位進(jìn)行取樣； (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(huán)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(shè)中間測壓管，間距IOcm左右，然后在試樣周圍澆筑膨脹快凝水泥砂漿； (5)養(yǎng)護(hù)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(shù)測定: .3.1將擾動樣或原裝樣安裝要求填放在筒身6內(nèi)，測量試樣的實際厚度； .3.2對試樣進(jìn)行排氣飽和:在自動加壓系統(tǒng)11內(nèi)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(yīng)當(dāng)是貯存至少一天并曝氣后的自來水，將自動加壓系統(tǒng)11連通下過水口 4，并使自動加壓系統(tǒng)11的水位略高于試樣底面位置，再逐漸增大自動加壓系統(tǒng)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(yīng)使相應(yīng)的測壓管12處于排氣狀態(tài)，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(yīng)酌量減??；對于非管涌土，初始滲透坡降比管涌土適當(dāng)提高，滲透坡降遞增值應(yīng)適當(dāng)放大； .3.5每次升高水頭30min至Ih后，測記筒身側(cè)壁上5個等距的筒壁測壓排氣孔7的水位AH:、AH2, AH3、AH4, AH5，計算兩相鄰?fù)脖跍y壓排氣孔7水位差的平均值，作為計算使用的水頭差A(yù)H，并用量筒測量上過水口 9單位時間At的滲水量Q，每次測量間隔的單位時間A t為10 20min ;連續(xù)4次測得的水位及滲水量基本穩(wěn)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(fù)進(jìn)行，直至試樣破壞，水頭不能再繼續(xù)增加時，即可結(jié)束試驗；.4.計算: .4.1孔隙率: Il= (1-~)xlOO2 )Pj' 式中:P d-干密度，g/cm3; P co-水的密度，g/cm3; n—孔隙率。％ ； Gs-土粒比重； 土粒比重Gs應(yīng)為粗細(xì)顆?；旌媳戎兀? (3) 式中:GS1、GS2 分別為粒徑大于和小于5mm的土粒比重； Pr P2——分別為粒徑大于和小于5mm的土粒含量。
.4.2滲透坡降:.AHI=--14； L 式中i——滲透坡降； AH—測壓管水頭差平均值，cm ； L——與水頭差A(yù) H相應(yīng)的滲徑長度，cm。
.4.3滲流速度V=Q/A 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(shù)
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超大粒徑粗粒土滲透系數(shù)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。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種水利工程材料的參數(shù)測定方法，特別涉及一種超大粒徑粗粒土料(粒徑60mm≤d85≤100mm)滲透系數(shù)測定方法，其IPC國際專利分類號為E02D1/04和E02D33/00。本發(fā)明的方法采用專用的測定裝置，包括測試筒、自動加壓系統(tǒng)11和測壓管12，測試筒筒壁設(shè)有多個測壓孔，在進(jìn)行土體排氣飽和時，筒壁測壓孔可作為排氣孔，可與筒頂和筒底的排氣孔共同加速排氣，從而使試樣迅速達(dá)到飽和狀態(tài)。本發(fā)明的測定方法，經(jīng)過大量試驗驗證，進(jìn)行試樣飽和時，用溫度25—40攝氏度的熱水，能夠使超大粒徑樣品快速達(dá)到飽和，而且對樣品的化學(xué)、物理穩(wěn)定性影響最小。
文檔編號G01N15/08GK103217371SQ201310118159
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月8日
發(fā)明者付玉生, 傅酉 申請人:天津虹炎科技有限公司