[发明专利]法向压力下的通水量试验方法及试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及土工试验领域，具体地指一种法向压力下的通水量试验方法及试验装置。

背景技术

对于岩土支挡工程、隧道工程等，如果不及时排除周围岩土体中的地下水，则会导致支挡结构、隧道衬砌结构等承受较大静、动水压力，导致结构发生相应的变形甚至失稳破坏。为排除周围岩土体中的地下水，并避免土体中的细颗粒随水流而流失，均需要设置合理有效的反滤层。反滤层良好的渗透特性是保证支挡工程、隧道工程长期安全稳定的重要前提。

支挡结构反滤层一般采用砂砾石、土工材料等形式，目前，对于支挡结构反滤层的渗透特性可采用渗透系数或通水量进行评价，如：《水电水利工程土工试验规程（DL/T5355-2006）》中列出了渗透系数的试验方法，《公路土工合成材料试验规程（JTG E50-2006）》、《水运工程塑料排水板应用技术规程（JTS206-1-2009）》中列出了通水量的试验方法。但是直接应用这些方法评价支挡工程、隧道工程反滤层的渗透特性存在以下不足：①对于支挡工程、隧道工程的反滤层，由于设置位置的不同，承受不同的法向压力，压力越大材料被挤密的孔隙体积越小，渗透特性也会有所降低，但上述规范中的方法均无法评价法向应力状态下材料渗透特性。②对于支挡工程、隧道工程的反滤层，需通过泄水孔将地下水排除，补给区域远远大于泄水孔的截面积，上述规范中的方法均无法模拟这种渗流状态。因此用于测试主要受法向压力作用下土工材料的通水量并不合理、不准确。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于确定岩土介质或工程土工材料与应力状态相关渗透特性的法向压力下的通水量试验方法及试验装置。

为实现上述目的，本发明一种法向压力下的通水量试验方法，其特殊之处在于，包括如下步骤：

步骤1：将测试材料水平放置在充满水的试验容器中，用带有均匀密布的多个透水孔的上盘和中间设有一个通水孔的下盘分别压紧在所述测试材料的上、下表面，所述透水孔总面积是通水孔面积的5～30倍，将所述上盘和下盘的边缘与试验容器的内壁之间密封；

步骤2：向所述上盘上方试验容器注水并向水中施加稳定的进水压力p1（kPa）；

步骤3：根据试验参数在所述上盘表面朝测试材料表面施加稳定的法向力F（kN）；

步骤4：调节所述下盘下方试验容器的排水量，使排水量不大于进水量，以保证所述下盘下方的试验容器内充满水，待排水压力数据稳定，在一定的测试时间t内，记录下盘下方流出的排水量Q（cm³）和下盘下方试验容器内的排水压力p2（kPa）；

步骤5：改变法向力F（kN），重复步骤2，获取多次的测量数据排水量Q（cm³）和排水压力p2（kPa）；

步骤6：根据测量数据计算出所述测试材料（3）的等效通水量q（cm³/s)，计算公式如下：

Q·D·γW(p1-p2)·t]]>

其中：Q为排水量（cm³），D为所述测试材料（3）的厚度（m），γ_w为水的重度（kN/m³），p1-p2为进水压力与排水压力之差（kPa），t为试验时间（s）。

优选地，所述进水压力p1为1～500（kPa）。进水压力p1与测试材料所处工程环境中的水压力一致，为了较好的模拟和反映材料的实际工作状态，一般条件下p1（kPa）取值约为1～500（kPa）。

优选地，所述排水量Q（cm³）的测量数据通过与下盘下方的试验容器连通的排水装置获取；所述下盘下方容器内的排水压力p2（kPa）通过设置在下盘下方试验容器内的排水压力表。