專利名稱：一種模擬基坑降水土滲透系數(shù)變化的試驗(yàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種室內(nèi)土工試驗(yàn)方法，尤其涉及一種模擬軟土地層基坑降水土滲透 系數(shù)變化的試驗(yàn)方法。
背景技術(shù)：
土的滲透性指水流通過(guò)土中孔隙難易程度的性質(zhì)。滲透系數(shù)是衡量土體滲透性的 一項(xiàng)重要物理指標(biāo)，它是用來(lái)分析計(jì)算地基固結(jié)沉降，評(píng)估基坑、土壩路提的滲透穩(wěn)定性， 以及基坑降排水設(shè)計(jì)和地基加固設(shè)計(jì)時(shí)所必須的基本參數(shù)。然而，滲透系數(shù)的影響因素比 較多，包括土的顆粒組成、密實(shí)度、飽和度、溫度和結(jié)構(gòu)等，它們對(duì)滲透系數(shù)都有重要影響。 工程實(shí)踐中，滲透系數(shù)取值的合理性直接關(guān)系到模型計(jì)算和評(píng)估的準(zhǔn)確性以及設(shè)計(jì)施工的 可靠性。對(duì)于軟土富水地層的深基坑，基坑開(kāi)挖常常要采取降水措施，而基坑降水一方面 會(huì)導(dǎo)致含水層中孔隙水壓力降低，有效應(yīng)力增大，含水層產(chǎn)生壓密；另一方面，基坑降水使 原有的滲流場(chǎng)遭到破壞，產(chǎn)生新的滲流，伴隨著滲流作用而施加于土骨架的滲透力，使土體 壓密。土體壓密后，其密實(shí)度、含水量、飽和度和結(jié)構(gòu)都會(huì)發(fā)生改變，從而土的滲透系數(shù)也隨 之發(fā)生變化。在軟土地層深基坑的設(shè)計(jì)、計(jì)算和施工中，目前滲透系數(shù)的選取大多采用降水 前的材料參數(shù)，或僅憑經(jīng)驗(yàn)選取，沒(méi)有考慮基坑降水對(duì)土體滲透系數(shù)的影響，其結(jié)果顯然不 夠合理。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有軟土富水基坑設(shè)計(jì)施工中土滲透系數(shù)大多采用降水前的材料參數(shù)或 僅憑經(jīng)驗(yàn)選取這一不足，本發(fā)明的目的在于提供一種模擬基坑降水土滲透系數(shù)變化的試驗(yàn) 方法，通過(guò)模擬降水條件下的土體應(yīng)力狀態(tài)測(cè)得土滲透系數(shù)，為基坑降水土滲透系數(shù)的準(zhǔn) 確選取提供依據(jù)。本發(fā)明提出的模擬基坑降水土滲透系數(shù)變化的試驗(yàn)方法，采用加荷式滲透試驗(yàn)裝 置進(jìn)行試驗(yàn)，該裝置由計(jì)量管1、滲壓容器2、溢水孔3、三通閥門4、進(jìn)氣孔5等部分組成，進(jìn) 氣孔5與計(jì)量管1連通，計(jì)量管1通過(guò)管路和三通閥門4連接于滲壓容器2下部一側(cè)，滲壓 容器2上部一側(cè)通過(guò)溢水孔3接出水管；具體步驟如下(1)用切土環(huán)刀切取原狀試驗(yàn)土樣，在試樣兩端貼上濾紙；(2)將滲壓容器與滲流管路及滲流計(jì)量管連通，讓計(jì)量管的水流入滲壓容器，使整 個(gè)管路及滲壓容器內(nèi)透水石得到充分排氣飽和，然后關(guān)閉閥門；(3)將裝有試樣的環(huán)刀，刀口向上裝入滲壓容器內(nèi)；在環(huán)刀外面套上0型止水圈， 放上定向墊片，旋上壓緊螺絲；同時(shí)在試樣上端裝上透水石和傳壓活塞；(4)通過(guò)調(diào)壓閥對(duì)試樣進(jìn)行兩階段固結(jié)，第一次固結(jié)使試樣恢復(fù)土體天然自重應(yīng) 力狀態(tài)，第二次固結(jié)模擬降水后土體應(yīng)力狀態(tài)；(5)固結(jié)完成后，打開(kāi)滲流閥門，開(kāi)始滲流試驗(yàn)；試驗(yàn)時(shí)，先觀察滲流情況，如果滲
3流太慢，則先加IOkPa的滲透壓力，若產(chǎn)生滲流，待滲流比較穩(wěn)定時(shí)，記下初始水頭讀數(shù)，同 時(shí)開(kāi)動(dòng)秒表，當(dāng)水頭下降到某一讀數(shù)時(shí)，記下水頭讀數(shù)和滲流時(shí)間，按此重復(fù)4 5次；如果 IOkPa滲透壓力作用下滲流不明顯，可繼續(xù)加大滲透壓力，但滲透壓力不應(yīng)大于固結(jié)壓力。 并記下滲流試驗(yàn)時(shí)水溫，以便進(jìn)行修正。本發(fā)明中，步驟(4)中所述的兩階段固結(jié)中，第一次固結(jié)的壓力等于土天然自重 應(yīng)力，固結(jié)時(shí)間為24小時(shí)；第二次固結(jié)壓力按基坑降水后土有效應(yīng)力增長(zhǎng)進(jìn)行，固結(jié)時(shí)間 為24小時(shí)。本發(fā)明中，當(dāng)測(cè)定豎向滲透系數(shù)時(shí)環(huán)刀沿取土器縱向切土，當(dāng)測(cè)定水平向滲透系 數(shù)時(shí)環(huán)刀沿取土器橫向切土。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在本發(fā)明的試驗(yàn)方法考慮了基坑降水 土含水量減小、有效應(yīng)力增大、土固結(jié)壓密對(duì)土滲透系數(shù)的影響，為基坑降水土滲透系數(shù)的 準(zhǔn)確選取提供了依據(jù)，從而為安全、經(jīng)濟(jì)、合理地設(shè)計(jì)與施工軟土富水深基坑提供了保障。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的加荷式滲透試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例1的③層土豎向滲透系數(shù)隨降水深度變化關(guān)系曲線。圖3是本發(fā)明實(shí)施例2的④層土豎向滲透系數(shù)隨降水深度變化關(guān)系曲線。圖4是本發(fā)明實(shí)施例3的⑤-1層土豎向滲透系數(shù)隨降水深度變化關(guān)系曲線。圖5是本發(fā)明實(shí)施例4的⑤-2層土豎向滲透系數(shù)隨降水深度變化關(guān)系曲線。圖6是本發(fā)明實(shí)施例5的③層土水平滲透系數(shù)隨降水深度變化關(guān)系曲線。圖7是本發(fā)明實(shí)施例6的④層土水平滲透系數(shù)隨降水深度變化關(guān)系曲線。圖8是本發(fā)明實(shí)施例7的⑤-1層土水平滲透系數(shù)隨降水深度變化關(guān)系曲線。圖9是本發(fā)明實(shí)施例8的⑤-2層土水平滲透系數(shù)隨降水深度變化關(guān)系曲線。圖中標(biāo)號(hào)1為計(jì)量管，2為滲壓容器，3為溢水孔，4為三通閥門，5為進(jìn)氣孔。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。實(shí)施例1具體步驟如下(1)用內(nèi)徑61. 8mm、高20mm的切土環(huán)刀切取原狀土試樣，在試樣兩端貼上濾紙；(2)將滲壓容器與滲流管路及滲流計(jì)量管連通，讓計(jì)量管的水流入滲壓容器，使整 個(gè)管路及滲壓容器內(nèi)透水石得到充分排氣飽和，然后關(guān)閉閥門；(3)將裝有土樣的環(huán)刀，刀口向上裝入滲壓容器內(nèi)；在環(huán)刀外面套上0型止水圈， 放上定向墊片，旋上壓緊螺絲；同時(shí)在試樣上端裝上透水石和傳壓活塞；(4)通過(guò)調(diào)壓閥對(duì)試樣進(jìn)行兩階段固結(jié)，第一次固結(jié)使試樣恢復(fù)土體天然自重應(yīng) 力狀態(tài)，固結(jié)時(shí)間為24小時(shí)；第二次固結(jié)模擬降水后土體應(yīng)力狀態(tài)，固結(jié)時(shí)間為24小時(shí)；(5)固結(jié)完成后，打開(kāi)滲流閥門，開(kāi)始滲流試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)，先觀察滲流情況，如果滲 流太慢，則先加IOkPa的滲透壓力，若產(chǎn)生滲流，待滲流比較穩(wěn)定時(shí)，記下初始水頭讀數(shù)，同 時(shí)開(kāi)動(dòng)秒表，當(dāng)水頭下降到2. Ocm左右時(shí)，記下水頭讀數(shù)和滲流時(shí)間，按此重復(fù)4 5次；如果在IOkPa滲透壓力作用下滲流不明顯，可繼續(xù)加大滲透壓力，但滲透壓力不應(yīng)大于固結(jié) 壓力。并記下滲流試驗(yàn)時(shí)水溫，以便進(jìn)行修正。實(shí)施例中，當(dāng)測(cè)定豎向滲透系數(shù)時(shí)環(huán)刀沿取土器縱向切土，當(dāng)測(cè)定水平向滲透系 數(shù)時(shí)環(huán)刀沿取土器橫向切土。試樣為取自上海市區(qū)某深基坑的原狀土，樣土為③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，埋深
3.2 9. 5m，重度為17. 5kN/m3，平均自重應(yīng)力為60. OkPa。試驗(yàn)?zāi)M了不降水和降1.0m、
2.0m、4. Om共4種工況，對(duì)應(yīng)的固結(jié)壓力分別為60. OkPa,70. OkPa,80. OkPaUOO. OkPa ；不降 水試樣只進(jìn)行一次固結(jié)，降水試樣進(jìn)行二階段固結(jié)；共做4組試驗(yàn)。按上述試驗(yàn)步驟測(cè)得的 ③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土在降水前后土的豎向滲透系數(shù)如表1所示。③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土豎向 滲透系數(shù)隨降水深度變化曲線見(jiàn)圖2所示。實(shí)施例2試樣為取自上海市區(qū)某深基坑的原狀土，樣土為④層灰色淤泥質(zhì)粘土，埋深 9. 5 17. 5m，重度為16. 7kN/m3，平均自重應(yīng)力為100. OkPa0試驗(yàn)?zāi)M了不降水和降2. 0m、
4.0m、8m共4種工況，對(duì)應(yīng)的固結(jié)壓力分別為100. 0kPa、120. 0kPa、140. 0kPa、180. OkPa ；不 降水試樣只進(jìn)行一次固結(jié)，降水試樣進(jìn)行二階段固結(jié)；共做4組試驗(yàn)。按上述試驗(yàn)步驟測(cè)得 的④層灰色淤泥質(zhì)粘土在降水前后土的豎向滲透系數(shù)如表1所示。④層灰色淤泥質(zhì)粘土豎 向滲透系數(shù)隨降水深度變化曲線見(jiàn)圖3所示。實(shí)施例3試樣為取自上海市區(qū)某深基坑的原狀土，樣土為⑤-1層灰色粘土，埋深17. 5 22. 0m，重度為17. 5kN/m3，平均自重應(yīng)力為150. OkPa。試驗(yàn)?zāi)M了不降水和降2. 0m、4. Om、 8. Om共4種工況，對(duì)應(yīng)的固結(jié)壓力分別為150. 0kPa、170. 0kPa、190. 0kPa、230. OkPa ；不降水 試樣只進(jìn)行一次固結(jié)，降水試樣進(jìn)行二階段固結(jié)；共做4組試驗(yàn)。按上述試驗(yàn)步驟測(cè)得的 ⑤-1層灰色粘土在降水前后土的豎向滲透系數(shù)如表1所示。⑤-1層灰色粘土豎向滲透系 數(shù)隨降水深度變化曲線見(jiàn)圖4所示。實(shí)施例4試樣為取自上海市區(qū)某深基坑的原狀土，樣土為⑤_2層灰色粘質(zhì)粉土，埋深 22. O 33. 6m,重度為18. lkN/m3,平均自重應(yīng)力為200. OkPa0試驗(yàn)?zāi)M了不降水和降2. Om、 4. Om共3種工況，對(duì)應(yīng)的固結(jié)壓力分別為200. OkPa,220. OkPa,240. OkPa ；不降水試樣只進(jìn) 行一次固結(jié)，降水試樣進(jìn)行二階段固結(jié)；共做3組試驗(yàn)。按上述試驗(yàn)步驟測(cè)得的⑤_2層灰 色粘質(zhì)粉土在降水前后土的豎向滲透系數(shù)如表1所示。⑤_2層灰色粘質(zhì)粉土豎向滲透系 數(shù)隨降水深度變化曲線見(jiàn)圖5所示。實(shí)施例5試樣為取自上海市區(qū)某深基坑的原狀土，樣土為③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，埋深
3.2 9. 5m，重度為17. 5kN/m3，平均自重應(yīng)力為60. OkPa。試驗(yàn)?zāi)M了不降水和降1.0m、 2. 0m、4. Om共4種工況，對(duì)應(yīng)的水平向固結(jié)壓力分別為26. OkPa,30. OkPa,34. OkPa、 43. OkPa ；不降水試樣只進(jìn)行一次固結(jié)，降水試樣進(jìn)行二階段固結(jié)；共做4組試驗(yàn)。按上述試 驗(yàn)步驟測(cè)得的③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土在降水前后土的水平滲透系數(shù)如表2所示。③層淤泥質(zhì) 粉質(zhì)粘土水平滲透系數(shù)隨降水深度變化曲線見(jiàn)圖6所示。實(shí)施例6
試樣為取自上海市區(qū)某深基坑的原狀土，樣土為④層灰色淤泥質(zhì)粘土，埋深 9. 5 17. 5m，重度為16. 7kN/m3，平均自重應(yīng)力為100. OkPa0試驗(yàn)?zāi)M了不降水和降2. 0m、 4. 0m、8m共4種工況，對(duì)應(yīng)的水平向固結(jié)壓力分別為54. OkPa,65. OkPa,76. OkPa,97. OkPa ； 不降水試樣只進(jìn)行一次固結(jié)，降水試樣進(jìn)行二階段固結(jié)；共做4組試驗(yàn)。按上述試驗(yàn)步驟測(cè) 得的④層灰色淤泥質(zhì)粘土在降水前后土的水平滲透系數(shù)如表2所示。④層灰色淤泥質(zhì)粘土 水平滲透系數(shù)隨降水深度變化曲線見(jiàn)圖7所示。實(shí)施例7試樣為取自上海市區(qū)某深基坑的原狀土，樣土為⑤-1層灰色粘土，埋深17. 5 22. Om，重度為17. 5kN/m3，平均自重應(yīng)力為150. OkPa。試驗(yàn)?zāi)M了不降水和降2. 0m、4. Om、 8. Om共4種工況，對(duì)應(yīng)的水平向固結(jié)壓力分別為64. OkPa,73. OkPa,82. OkPa,98. OkPa ；不降 水試樣只進(jìn)行一次固結(jié)，降水試樣進(jìn)行二階段固結(jié)；共做4組試驗(yàn)。按上述試驗(yàn)步驟測(cè)得的 ⑤-1層灰色粘土在降水前后土的水平滲透系數(shù)如表2所示。⑤-1層灰色粘土水平滲透系 數(shù)隨降水深度變化曲線見(jiàn)圖8所示。實(shí)施例8試樣為取自上海市區(qū)某深基坑的原狀土，樣土為⑤_2層灰色粘質(zhì)粉土，埋深 22. O 33. 6m,重度為18. lkN/m3，平均自重應(yīng)力為200. OkPa0試驗(yàn)?zāi)M了不降水和降2. Om、 4. Om共3種工況，對(duì)應(yīng)的水平向固結(jié)壓力分別為101. OkPaUll. 0kPa、121. OkPa ；不降水試 樣只進(jìn)行一次固結(jié)，降水試樣進(jìn)行二階段固結(jié)；共做3組試驗(yàn)。按上述試驗(yàn)步驟測(cè)得的⑤_2 層灰色粘質(zhì)粉土在降水前后土的水平滲透系數(shù)如表2所示。⑤-2層灰色粘質(zhì)粉土水平滲 透系數(shù)隨降水深度變化曲線見(jiàn)圖9所示。表 1 注表中各層土相對(duì)值指相對(duì)于各土層降水深度為O時(shí)的值。
表2 注表中各層土相對(duì)值指相對(duì)于各土層降水深度為0時(shí)的值。
權(quán)利要求
一種模擬基坑降水土滲透系數(shù)變化的試驗(yàn)方法，采用加荷式滲透試驗(yàn)裝置進(jìn)行試驗(yàn)，該裝置由計(jì)量管(1)、滲壓容器(2)、溢水孔(3)、三通閥門(4)和進(jìn)氣孔(5)組成，進(jìn)氣孔(5)與計(jì)量管(1)連通，計(jì)量管(1)通過(guò)管路和三通閥門(4)連接于滲壓容器(2)下部一側(cè)，滲壓容器(2)上部一側(cè)通過(guò)溢水孔(3)接出水管；其特征在于具體步驟如下(1)用切土環(huán)刀切取原狀試驗(yàn)土樣，在試樣兩端貼上濾紙；(2)將滲壓容器與滲流管路及滲流計(jì)量管連通，讓計(jì)量管的水流入滲壓容器，使整個(gè)管路及滲壓容器內(nèi)透水石得到充分排氣飽和，然后關(guān)閉閥門；(3)將裝有試樣的環(huán)刀，刀口向上裝入滲壓容器內(nèi)；在環(huán)刀外面套上O型止水圈，放上定向墊片，旋上壓緊螺絲；同時(shí)在試樣上端裝上透水石和傳壓活塞；(4)通過(guò)調(diào)壓閥對(duì)試樣進(jìn)行兩階段固結(jié)，第一次固結(jié)使試樣恢復(fù)土體天然自重應(yīng)力狀態(tài)，第二次固結(jié)模擬降水后土體應(yīng)力狀態(tài)；(5)固結(jié)完成后，打開(kāi)滲流閥門，開(kāi)始滲流試驗(yàn)；試驗(yàn)時(shí)，先觀察滲流情況，如果滲流太慢，則先加10kPa的滲透壓力，若產(chǎn)生滲流，待滲流比較穩(wěn)定時(shí)，記下初始水頭讀數(shù)，同時(shí)開(kāi)動(dòng)秒表，當(dāng)水頭下降到某一讀數(shù)時(shí)，記下水頭讀數(shù)和滲流時(shí)間，按此重復(fù)4～5次；如果10kPa滲透壓力作用下滲流不明顯，可繼續(xù)加大滲透壓力，但滲透壓力不應(yīng)大于固結(jié)壓力。并記下滲流試驗(yàn)時(shí)水溫，以便進(jìn)行修正。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述模擬基坑降水土滲透系數(shù)變化的試驗(yàn)方法，其特征在于步驟 (4)中所述的兩階段固結(jié)中，第一次固結(jié)的壓力等于土天然自重應(yīng)力，固結(jié)時(shí)間為24小時(shí)； 第二次固結(jié)壓力按基坑降水后土有效應(yīng)力增長(zhǎng)進(jìn)行，固結(jié)時(shí)間為24小時(shí)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述模擬基坑降水土滲透系數(shù)變化的試驗(yàn)方法，其特征在于當(dāng)測(cè) 定豎向滲透系數(shù)時(shí)環(huán)刀沿取土器縱向切土，當(dāng)測(cè)定水平向滲透系數(shù)時(shí)環(huán)刀沿取土器橫向切 土。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種模擬基坑降水土滲透系數(shù)變化的試驗(yàn)方法，具體步驟為用環(huán)刀切取原狀土試樣，在試樣兩端貼上濾紙；將滲壓容器與滲流管路及滲流計(jì)量管連通，使整個(gè)管路及滲壓容器內(nèi)透水石得到充分排氣飽和，關(guān)閉閥門；將裝有土樣的環(huán)刀，刀口向上裝入滲壓容器內(nèi)，并在環(huán)刀外面套上止水圈和定向墊片，壓緊，在試樣上端裝上透水石和傳壓活塞；通過(guò)調(diào)壓閥對(duì)試樣進(jìn)行兩階段固結(jié)，第一次固結(jié)使試樣恢復(fù)土體天然自重應(yīng)力狀態(tài)，第二次固結(jié)模擬降水后土體應(yīng)力狀態(tài)；固結(jié)完成后，打開(kāi)滲流閥門，開(kāi)始后續(xù)滲流試驗(yàn)。本發(fā)明考慮了基坑降水土含水量減小、有效應(yīng)力增大、土固結(jié)壓密對(duì)滲透系數(shù)的影響，為基坑降水土滲透系數(shù)的準(zhǔn)確選取提供了依據(jù)，從而為安全、經(jīng)濟(jì)、合理地設(shè)計(jì)與施工軟土富水深基坑提供了保障。
文檔編號(hào)G01N15/08GK101915721SQ201010209039
公開(kāi)日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2010年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月24日
發(fā)明者丁春林, 葉丹, 姚笑青, 朱愷 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)