一種土的常流速滲透堵塞試驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及在常流速情況下土的滲透堵塞試驗(yàn)方法，具體涉及一種模擬在滲透過(guò) 程中土顆粒運(yùn)移與堵塞效應(yīng)對(duì)土體滲透性影響的試驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，滑坡、泥石流等斜坡地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，研究斜坡土體的滲透性能對(duì)斜坡的穩(wěn) 定性分析及斜坡災(zāi)害機(jī)理的研究都具有重要意義。斜坡土體滲透系數(shù)是反映斜坡土體滲透 能力的一個(gè)重要指標(biāo)，一般可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)和室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)得?，F(xiàn)行試驗(yàn)大都以純水為滲流介質(zhì) 測(cè)得土體滲透系數(shù)，在實(shí)際過(guò)程中，水流會(huì)攜帶細(xì)土顆粒，在滲流過(guò)程中對(duì)土體的滲透性能 產(chǎn)生影響，特別是對(duì)分散性較強(qiáng)或抗沖蝕能力較差的斜坡土體，其中水流中的含有的細(xì)粒 物質(zhì)濃度較高，與目前實(shí)驗(yàn)室采用純水測(cè)得的土體滲透系數(shù)誤差較大，從而會(huì)影響邊坡滲 流分析及其穩(wěn)定性分析的結(jié)果。
[0003] 目前常用的室內(nèi)測(cè)定土體滲透系數(shù)的儀器的內(nèi)徑較小，適用土體的粒徑范圍較 小，且不能模擬和定量化評(píng)價(jià)土體孔隙被水流攜帶細(xì)粒堵塞的情況，難以反映實(shí)際情況。
[0004] 目前室內(nèi)測(cè)定土的滲透性的儀器通常采用常水頭試驗(yàn)或變水頭試驗(yàn)，水在土體中 的滲流流速一般通過(guò)計(jì)算得到，但當(dāng)水流中含有細(xì)粒物質(zhì)時(shí)會(huì)堵塞土體孔隙會(huì)降低滲流流 速。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是克服上述方面的不足，提供一種土的常流速滲透堵塞試驗(yàn)方法。
[0006] 具體步驟為：
[0007] -、建立一個(gè)土的常流速滲透堵塞試驗(yàn)裝置，包括進(jìn)水儲(chǔ)水箱、磁力攪拌儀、第一 進(jìn)水耐壓軟管、恒流栗、第一閥門、第二進(jìn)水耐壓軟管、進(jìn)水頂蓋、第一透水板、第一法蘭、緩 沖層、第一滲透筒、第二法蘭、第二滲透筒、濾網(wǎng)、第二透水板、出水底蓋、第三法蘭、出水集 水箱、第二閥門、第一出水耐壓軟管、第一三通、第二出水耐壓軟管、第三閥門、激光粒度儀、 第三進(jìn)水耐壓軟管、第四閥門、第二三通、差壓傳感器和數(shù)據(jù)采集儀。
[0008] 磁力攪拌器置于進(jìn)水儲(chǔ)水箱中，進(jìn)水儲(chǔ)水箱通過(guò)第一進(jìn)水耐壓軟管與恒流栗相 連，恒流栗另一端連接第一閥門，第一閥門通過(guò)第二進(jìn)水耐壓軟管與進(jìn)水頂蓋相連，進(jìn)水頂 蓋通過(guò)第一法蘭與第一滲透筒相連，第一滲透筒頂部設(shè)置第一透水板，第一透水板下方設(shè) 置緩沖層，第一滲透筒和第二滲透筒通過(guò)第二法蘭相連，第一滲透筒和第二滲透筒同一側(cè) 設(shè)置一排差壓傳感器，差壓傳感器設(shè)置于與滲透筒軸心線平行的同一直線上，差壓傳感器 均分別與數(shù)據(jù)采集儀相連，第二滲透筒底部設(shè)置第二透水板，第二透水板上方設(shè)置濾網(wǎng)，第 二滲透筒通過(guò)第三法蘭與出水底蓋相連，出水底蓋通過(guò)第一出水耐壓軟管和第二三通與出 水集水箱相連，在第一出水耐壓軟管上設(shè)置第二閥門，第二三通的剩余一端通過(guò)第二出水 耐壓軟管與激光粒度儀相連，在第二出水耐壓軟管上設(shè)置第三閥門，第一三通的剩余一端 通過(guò)第三進(jìn)水耐壓軟管與激光粒度儀相連，在第三進(jìn)水耐壓軟管設(shè)置第四閥門；在第一滲 透筒和第二滲透筒一側(cè)滲流壓力監(jiān)測(cè)孔安裝差壓傳感器，將差壓傳感器的兩只引壓管路分 別安裝到相鄰兩個(gè)孔中，同時(shí)密封好差壓傳感器與筒身孔連接處的縫隙，并使用螺栓進(jìn)行 固定;并將差壓傳感器另一端連接數(shù)據(jù)采集儀，數(shù)據(jù)采集儀連接計(jì)算機(jī)。
[0009] 所述的第一滲透筒和第二滲透筒全長(zhǎng)均為30-40cm、內(nèi)徑均為18-25cm，第一透水 板和第二透水板都是直徑為18_25cm、厚度為3-5mm的帶孔的圓形板，孔徑為4-6_，緩沖層 為2-3cm厚的爍石層。
[0010] 二、試樣填裝在滲透緩沖層與濾網(wǎng)之間，采用分層裝樣法，每層土樣約10cm，按設(shè) 計(jì)密度搗實(shí)，并層間刨毛，完成試樣填裝。
[0011] 三、在出水集水箱中裝入清水，并控制出水集水箱的位置，確保液面不高于試樣底 部，初步估計(jì)試樣的滲透系數(shù)，確定提升速率，打開第一閥門和第二閥門并提升出水集水 箱，排空管路及試樣中的空氣或氣泡，使試樣飽和。
[0012] 四、在進(jìn)水儲(chǔ)水箱中注入清水，并按預(yù)先設(shè)計(jì)的入滲液的濃度添加堵塞劑的數(shù)量， 并啟動(dòng)磁力攪拌器將懸浮液攪拌均勻。
[0013] 五、設(shè)定好恒流栗的流速，關(guān)閉第四閥門和第三閥門，開啟數(shù)據(jù)采集儀，開啟恒流 栗進(jìn)行滲透堵塞試驗(yàn)。
[0014] 六、根據(jù)達(dá)西定律實(shí)時(shí)計(jì)算土樣在滲流過(guò)程中滲透系數(shù)的變化規(guī)律，并建立滲透 系數(shù)隨時(shí)間的變化關(guān)系。
[0015] 七、根據(jù)所需時(shí)間間隔使用激光粒度儀測(cè)量滲入液和滲出液中顆粒懸浮特征。
[0016] 八、滲透系數(shù)采用達(dá)西定律計(jì)算，需要將差壓傳感器讀數(shù)(單位為kPa)換算成水頭 差hjcm)，再將恒流栗的滲流流量Q( cm3/S)、試樣長(zhǎng)度Idem)、試樣滲流面積A(cm2)代入達(dá) 西定律表達(dá)式中計(jì)算滲系數(shù)：
[0017] (/=1,2,3, '····.)
[0018] 式中一第i土段(同一差壓傳感器所測(cè)量的試樣段)的滲透系數(shù)，單位:Cm/s;
[0019] Q一滲透流量，單位:cm3/s;
[0020] A一土柱體的橫截面積，單位:cm2;
[0021] li一第i段土柱的長(zhǎng)度，單位:cm;
[0022] lu-第i段土柱的的水頭損失值(同一差壓傳感器所測(cè)量的壓力差），單位:cm。
[0023] 整個(gè)試樣長(zhǎng)度(1)的滲透系數(shù)計(jì)算公式為：
[0024] v (
[0025] 最終試驗(yàn)得到試樣滲透系數(shù)隨滲透時(shí)間的變化規(guī)律。
[0026] 本發(fā)明的有益效果是:通過(guò)恒流栗控制在試驗(yàn)過(guò)程中滲流的流量恒定不變，并能 人為地設(shè)置所需的流量大小。通過(guò)往滲流液中添加堵塞顆粒，研究堵塞顆粒在滲流過(guò)程中 對(duì)試樣的堵塞作用。并通過(guò)激光粒度儀分析出口處滲流液中流失顆粒大小及顆粒分布特 征，能對(duì)比流入和流出顆粒的特征。最終得到攜帶有細(xì)粒的滲流介質(zhì)對(duì)土體滲透性影響的 定量化評(píng)價(jià)。
【附圖說(shuō)明】
[0027] 圖1為本發(fā)明土的常流速滲透堵塞試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028] 圖中標(biāo)記：1-進(jìn)水儲(chǔ)水箱，2-磁力攪拌儀，3-第一進(jìn)水耐壓軟管，4-恒流栗，5-第一 閥門，6-第二進(jìn)水耐壓軟管，7.進(jìn)水頂蓋，8-第一透水板，9-第一法蘭，10-緩沖層，11.第一 滲透筒，12-第二法蘭，13-第二滲透筒，14-濾網(wǎng)，15-第二透水板，16-出水底蓋，17-第二法 蘭，18-出水集水箱，19-第二閥門，20-第一出水耐壓軟管，21-第一三通，22-第二出水耐壓 軟管，23-第三閥門，24-激光粒度儀，25-第三進(jìn)水耐壓軟管，26-第四閥門，27-第二三通， 28-差壓傳感器，29-數(shù)據(jù)采集儀。
[0029]圖2為本發(fā)明土的常流速滲透堵塞試驗(yàn)裝置測(cè)得的土體歸一化滲透系數(shù)隨滲透時(shí) 間的關(guān)系曲線。
[0030] 圖3為本發(fā)明土的常流速滲透堵塞試驗(yàn)裝置測(cè)得的入滲液中堵塞顆粒和滲流流失 顆粒的粒徑分布曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0032] 實(shí)施例：
[0033] 一、建立一個(gè)土的常流速滲透堵塞試驗(yàn)裝置，包括進(jìn)水儲(chǔ)水箱1、磁力攪拌儀2、第 一進(jìn)水耐壓軟管3、恒流栗4、第一閥門5、第二進(jìn)水耐壓軟管6、進(jìn)水頂蓋7、第一透水板8、第 一法蘭9、緩沖層10、第一滲透筒11、第二法蘭12、第二滲透筒13、濾網(wǎng)14、第二透水板15、出 水底蓋16、第三法蘭17、出水集水箱18、第二閥門19、第一出水耐壓軟管20、第一三通21、第 二出水耐壓軟管22、第三閥門23、激光粒度儀24、第三進(jìn)水耐壓軟管25、第四閥門26、第二三 通27、差壓傳感器28和數(shù)據(jù)采集儀29。
[0034]磁力攪拌器2置于進(jìn)水儲(chǔ)水箱1中，進(jìn)水儲(chǔ)水箱1通過(guò)第一進(jìn)水耐壓軟管3和第一三 通27與恒流栗4相連，恒流栗4另一端連接第一閥門5，第一閥門5通過(guò)第二進(jìn)水耐壓軟管6與 進(jìn)水頂蓋7相連，進(jìn)水頂蓋7通過(guò)第一法蘭9與第一滲透筒11相連，第一滲透筒11頂部設(shè)置第 一透水板8,第一透水板8下方為緩沖層10,第一滲透筒11和第二滲透筒13通過(guò)第二法蘭12 相連，第一滲透筒11和第二滲透筒13同一側(cè)設(shè)置一排差壓傳感器28,差壓傳感器28設(shè)置于 與第一滲透筒11和第二滲透筒13軸心線平行的同一直線上，差壓傳感器28均分別與數(shù)據(jù)采 集儀29相連，第二滲透筒13的底部設(shè)置第二透水板15,在第二透水板15上設(shè)置孔徑2mm的鋼 絲濾網(wǎng)14,第二滲透筒13與出水底蓋16通過(guò)第三法蘭17相連，出水底蓋16通過(guò)第一出水耐 壓軟管20和第二三通21與出水集水箱18相連，在第一出水耐壓軟管20上設(shè)置第二閥門19， 第二三通21的剩余一端通過(guò)第二出水耐壓軟管22與激光粒度儀24相連，在第二出水耐壓軟 管22上設(shè)置第三閥門23,第一三通27的剩余一端通過(guò)第三進(jìn)水耐壓軟管25與激光粒度儀24 相連，在第三進(jìn)水耐壓軟管25設(shè)置第四閥門26。
[0035]在第一滲透筒