粗颗粒土的渗透及渗透变形试验
本文引用GB/T 50123-2019《土工试验方法标准》中粗颗粒土的渗透及渗透变形试验
1一般规定
1.1土样应为扰动的粗颗粒土试样。
1.2本试验方法分为垂直渗透试验和水平渗透试验。
2仪器设备
2.1本试验所使用的主要仪器设备应符合以下规定：
1垂直渗透变形仪(图2.1-1):包括仪器筒、顶盖、底座、透水板及支架。筒身内径与试样最大颗粒粒径之比不应小于5,试样高度不应小于试样直径。顶盖中心为一活塞套。透水板分上透水板和下透水板，上透水板兼起传递荷载作用。在下渗水板之下，也可设置斜透水板，坡度为1:1～1:1.5,用以排除水中含气斜透水板上端设有排气孔。
图2.1-1垂直渗透变形仪示意图
1--筒身；2一上盖；.3—上透水板；4一下透水板；5一斜透水板；6—上进水口(溢水口);7—下进水口(溢水口);8—测压孔；9—排气孔；10—上排气孔；11一集砂器；12—支架
2水平渗透变形仪(图2.1-2):由进水段、试样段、出水段、集砂器、水箱、支架组成。仪器的宽度和厚度与试样最大颗粒粒径比不得小于5,长度不得小于宽度。
图2.1-2水平渗透变形仪示意图
1一筒；2进水段；3一试样段；4—出水段；5—上盖板；6—上游透水板；
7一下游透水板；8一测压孔；9—上游进水口(放水口);10一下游放水口；
11—集砂器；12—格栅；13—上游排气孔；14一下游溢水口；15—橡皮止水；16—支架
3供水设备：供水箱，提升架、橡皮管。供水箱设置溢流堰能保持常水头。
4加荷设备：活塞杆、加荷框架、加荷杠杆和百分表支架。
5量测设备：测压管、量筒、秒表、温度计、百分表和测压装置。
6其他设备：击锤(或振动器)、台秤、天平及标准筛等。
2.2仪器检查应下列步骤进行：
1将下进水口与供水管相连接，使仪器充水，检查仪器的各部件是否堵塞及漏水等。检查完毕，降低供水箱，对于垂直渗透仪使水箱中水位与下透水板的下沿齐平，对于水平渗透仪使水箱中水位与试样底部齐平。
2对于垂直渗透仪，取去顶盖，在下透水板上铺设滤网，以免细料漏失，沿仪器壁和滤网之间的接触缝隙涂一圈油泥或橡皮泥。对于水平渗透仪，取去上盖板，固定上游透水板，在透水板上铺设滤网。只进行渗透系数试验时，在下游固定透水板并铺设滤网。需进行渗透变形时，下游设置格栅，安好集砂器。沿仪器壁和透水板之间的接触缝隙涂一圈油泥或橡皮泥。
3开启全部测压孔，使之处于排气状态。
3操作步骤
3.1试样制备应按下列步骤进行：
1从风干、松散的土样中取具有代表性土样，进行颗粒分析试验，确定试样的颗粒级配，并绘制颗粒级配曲线。
2根据试验土样粒径，按仪器内径不应小于试样最大粒径的5倍选择仪器。当常规试验的仪器内径不能满足要求时，应设计加工大直径的渗透变形仪。或根据试样情况，对最大允许粒径以上的粗颗粒可按本标准第60.3.1条第3款第2项的规定处理。
3根据需要控制的干密度及试样高度，试样质量应按下式计算：
md=ρdπr²hˊ (3.1)
式中：r——仪器筒身半径(cm);
h'——试样高度(cm)。
4称取试样后，为减少粗细颗粒分离现象，保证试样的均匀性，应当分层装填试样，且每层的级配应相同，还可酌加相当于试样质量1%～2%的水分，拌和均匀后再进行装样。
5将称好的试样均匀分层装人仪器中，用击实锤(对于风化石渣或易击碎之土料可采用振动加密法)击实。达到要求的密度试样总厚度：砂土不小于10cm;细砾石不小于15cm;中粗砾石为20cm～25cm;卵石为试样最大粒径的3倍～5倍。装填分层厚度：砂土一般为2cm～3cm;砂砾石及砂卵石为试样最大粒径的1.5倍～2.0倍。
3.2试样饱和应按下列步骤进行：
1试样装好后，测量试样的实际厚度，然后用无气水采用水头饱和法进行饱和。使水位略高于试样底面位置，再缓慢地提升水箱，每次提升1cm,待水箱水位与试样中水位相等，并停10min后，再提升水箱。随着供水箱上升，让水由仪器底部向上渗入，使试样缓慢饱和，以完全排除试样中的空气。与此同时，随着水位上升，应接通相应的测压管(若试验用自来水，应至少贮存一天曝气后再用来作试验用水，以减少水中气体的离析)。
2为减少试验过程中由于试验用水分离出的气泡堵塞试样孔隙，影响试验准确度，应使试验用水的温度不低于室温，或采用其他排气措施。
3.3渗透试验应按下列步骤进行：
1根据工程要求，当需要在试验过程中在试样顶面施加荷载时，则利用加荷设备。对于垂直渗透仪，通过活塞及上透水板对试样施加荷载；对于水平渗透仪，通过上盖板对试样施加荷载。
2试验时，选择初始渗透坡降及渗透坡降递增值，应先根据细粒含量大致判别试样渗透变形的破坏形式。如为管涌破坏，则渗透坡降初始值及递增值要小一些。如为流土破坏，则渗透坡降初始值及递增值应大一些。其原则是既要测得试样临发生变形前的坡降，又要准确地测得临界坡降。
3提升供水箱，使供水箱的水面高出渗透容器的溢水口(上进水口)保持常水头差，形成初始渗透坡降。
4对管涌土，加第一级水头时，初始渗透坡降可为0.02~0.03;然后一般可按0.05、0.1、0.15、0.2、0.3、0.4、0.5、0.7、1.0、1.5、2.0……等坡降递增。但在接近临界坡降时，渗透坡降递增值应酌量减小。对于非管涌土，初始渗透坡降可适当提高，渗透坡降递增值应适当放大。
5每次升高水头30min至1h后，测记测压管水位，并用量筒测读渗水量3次。每次测读间隔时间一般为10min～20min。同时测读水温、室温。对非管涌土，测读间隔时间可适当延长。仔细观察试验过程中出现的各种现象，如水的浑浊程度、冒气泡、细颗粒的跳动、移动或被水流带出、土体悬浮、渗流量及测压管水位的变化等，并描述记于记录中。
6如果连续3次测得的水位及渗水量基本稳定，又无异常现象，即可提升至下一级水头。
7对于每级渗透坡降，均应按本标准3.3条第5款的规定重复进行，直至试验破坏或当水头不能再继续增加时，即可结束试验。
4计算、制图和记录
4.1试样的干密度应按下式计算：
ρd=md/（πr²h0） (4.1)
式中：r—试样半径(cm);
h0——试样初始高度(cm)。
4.2试样的孔隙率应按下式计算：
n=(1-ρd/ρwGs)×100 (4.2)
式中：n——孔隙率(%)。
4.3土粒比重G、应为粗细颗粒混合比重，应按下式计算：
Gs=1/[P5/Gs1+（1-P5）/Gs2] (4.3)
式中：G₈、G₂——粒径大于5mm和不大于5mm的土粒比重。
4.4渗透坡降应按下式计算：
i=ΔH/L (4.4)
式中：i——渗透坡降；
ΔH——测压管水头差(cm);
L——与水头差ΔH相应的渗径长度(cm)。
4.5渗流速度应按下式计算：
v=Q/tA (4.5)
式中：v——渗透流速(cm/s);
Q——渗水量(cm³);
t——时间(s);
A——试样面积(cm²)。
4.6渗透系数应按下式计算：
kT=v/i (4.6)
4.7在双对数纸上，以渗透坡降i为纵坐标，渗透速度v为横坐标，绘制渗透坡降与渗流速度关系曲线(lgi-lgv曲线)。
4.8对管涌破坏的试样，应分别确定其临界坡降及破坏坡降。首先根据试样的总厚度作出lgi-lgv曲线，必要时还应作出测压管之间试样厚度的lgi-gv曲线。临界坡降可根据lgi-1gv关系曲线进行判断。当lgi-lgv关系曲线的斜率开始变化，并观察到细颗粒开始跳动或被水流带出时，认为该试样达到了临界坡降ik,其值为：
ik=（i2+i1）/2 (4.8-1)
式中：i₂——开始出现管涌时的坡降；
i₁——开始出现管涌前一级的坡降。
随着水头逐步加大，细粒不断被冲走，渗透流量变大，当水头增加到试样破坏，该坡降称为试样的破坏坡降ip,其值为：
iF=（iˊ2+iˊ1）/2 (4.8-2)
式中：i2——试样破坏时的渗流坡降；
i——试样破坏前一级的渗流坡降。
发生流土破坏时，有时i2不易测得，则可按下式计算：
ip=i (4.8-3)
4.9粗颗粒土的渗透及渗透变形试验记录格式应符合本标准附录D表D.108的规定。
