[发明专利]一种确定饱和原位土样临界水力坡降的试验装置和方法

说明书

本发明公开了一种确定饱和原位土样临界水力坡降的试验装置和方法，包包括：定水头管、试样管和观测管，所述定水头管的上方设置马里奥特瓶，马里奥特瓶使定水头管内水位保持定水头，并使试样饱和；在试验准备完成后，瞬时向定水头管内注水，并逐渐加大水头差，使定水头管与观测管之间产生一定的水位差，保持水头差固定不变，观察观测管水体浑浊变化状况，直至试样发生渗透破坏，观测管内发生大量颗粒涌出与水体浑浊现象；记录试验数据，建立数学模型，计算出饱和原位土样的临界水力坡降与渗透系数。本发明一次实验得出试验土样的临界水力坡降、渗透系数及传导系数，获取的参数多；求取的参数精度高；该方法解决了现场确定临界水力坡降的问题。

技术领域

本发明公开了一种确定饱和原位土样临界水力坡降的试验装置和方法，涉及渗透破坏试验技术领域。

背景技术

近年来我国兴建了大量的水库大坝，其中土石坝占90％以上，据统计超过半数以上的土石坝都面临着地下水引起的渗透破坏问题。渗透破坏问题的本质是土层中地下水的不断增加造成土体内有效应力减少，部分岩土软化，土的结构发生破坏，进一步影响到工程的稳定性。因此，土层临界水力坡降的确定不仅对预测、评价和控制地层结构的稳定性有着重要意义，而且关乎着工程整体的安全性。

当前对于土层中临界水力坡降已有相关的研究，但主要为室内实验的方法，而室内实验方法对于土的扰动较大，破坏了土体的天然结构，从而造成计算结果与真实值的误差。此外，从现场取土样所室内测得临界水力坡降只能代表土层局部区域的概况，无法全面地刻画现场综合条件。目前尚无对确定临界水力坡降参数的现场原位研究的试验理论和方法的实践，因此，本发明的提出可以填补临界水力坡降参数参数的技术方法的空白，具有很强的应用价值。

发明内容

本发明针对上述背景技术中的缺陷，提供一种确定饱和原位土样临界水力坡降的试验装置和方法，不仅理论严密，而且可以实现现场原位测试，试验装置及试验过程简单、易操作，获取的参数快速且精度高等优点，因此有很好的推广应用价值。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种确定饱和原位土样临界水力坡降的试验装置，包括：定水头管、试样管和观测管，所述定水头管、试样管和观测管之间通过连接管连接呈U型管，所述定水头管的上方设置马里奥特瓶。

进一步，所述试样管的长度20～30cm，所述观测管的长度10～20cm，所述定水头管的长度为100～120cm；所述定水头管、试样管和观测管的管径为75mm。

一种确定饱和原位土样临界水力坡降的试验方法，包括以下步骤：

步骤一：将试样管横向压入试验土层，去除试样管两端多余的土体，通过连接头分别将定水头管和观测管固定于试样管的两端；

步骤二：在试样管与定水头管连接口内铺设砾石滤层；

步骤三：在定水头管中注入少量水，使得水位高于试样管高度，静置一段时间，使得土样处于完全饱和状态；

步骤四：在定水头管上部端口安装马里奥特瓶，马里奥特瓶的进水端放置管内水位处并注入一定量的水，使得定水头管内水位处于定水位，定水头管内水位与观测管中水位产生一定的水头差；

步骤五：瞬时向定水头管内注入定量水，并开启马里奥特瓶，使得定水头管与观测管之间保持水头差不变，观测出水口管内水体浑浊状况；逐渐加大水头差，在每一级水头下渗流稳定后，提升至下一级水头高度，直至土体发生渗透破坏，并记录每一级水头差下出水口的渗流溢流量；

步骤六：根据记录的水头差、渗流溢流量及渗透破坏发生时间，计算临界水力坡降；渗流溢流量数据记录方法采用：将出水口的溢流量导流至另一个容器中，然后放置流量传感器探头，记录流量数据；渗流溢流量数据可用于后期计算水文地质参数。

进一步的，其中计算临界水力坡降包括以下步骤：