[发明专利]一种考虑渗透仪边壁效应的粗粒土渗透系数测定方法

说明书

本发明公开了一种考虑渗透仪边壁效应的粗粒土渗透系数测定方法，先由颗粒筛分和颗粒密度试验，测得粗粒土试样各粒径组含量、中值粒径和颗粒密度，计算试样的代表粒径d；借助试样最大和最小干密度试验，分别得到土体的最小和最大孔隙比；再采用小尺寸渗透仪的室内常水头渗透试验测得粗粒土试样的渗透系数测试值K’；然后，推算出实际孔隙比e下的平面孔隙比修正系数ξ以及等直径圆堆积模型的角度α；最后，根据期望边界面积率λ和期望边界孔隙比e_b，得到消除边壁效应影响的渗透系数测定值K。该方法操作简单、方便，利用小尺寸渗透仪的室内土工试验参数就能较准确地测出粗粒土的渗透系数，其测试精度高、误差小。

技术领域

本发明涉及一种粗粒土渗透系数的测定方法。

背景技术

土木工程中使用的岩土材料是一种典型的多孔性介质。土体中颗粒间的孔隙相互连通形成透水通道。水在土体孔隙中的流动称为水的渗流，土体表现出的能够被水通过的性质称为土的渗透性，它是土的基本力学性质之一。1856年，法国工程师Darcy在均匀砂土的竖向渗流试验中发现，渗流速度v与水力坡降J之间呈线性关系，两者的比值K称为土的渗透系数，其值表征了土体渗透性的强弱，是反映土体填料的颗粒组成、密实程度和渗流孔隙几何特征等因素的综合指标。在土工构筑物的设计、施工阶段，准确获取粗粒土填料的渗透系数直接关系到工程的安全和使用寿命。

粗粒土室内常水头渗透试验是应用范围最广、精度最可控的渗透系数测试方法。各行业土工试验规程规定的常水头渗透试验，均是在圆柱形的刚性边壁渗透仪内进行；决定渗透系数测试精度的因素主要是试验过程中水流气泡析出堵塞渗流孔隙、温度对流体黏滞性的影响以及仪器的边壁效应。试验前对试验用水进行曝气处理、试验结束后采取水流动力黏滞系数温度校正，可以较好地修正气泡和温度对渗透系数测试结果的影响；而仪器边壁效应对测试结果的影响，则难以简单、方便的消除。

所谓仪器的边壁效应，是指粗粒土试样在刚性仪器内填筑压实后，小半径的多个土颗粒与大曲率半径的仪器边壁之间形成的孔隙尺寸大于粗粒土内部小半径颗粒之间的孔隙尺寸。边壁效应对室内渗透试验最直接的影响就是导致边壁附近的渗流速度快于土体内部的渗流速度，试验过程中水流主要经边壁附近流出，即产生所谓的边壁渗漏，所测得的渗透系数结果将大于试样渗透系数的真实值。

现有的粗粒土渗透试验操作中，通过采用渗透仪直径大于10倍测试土体最大粒径，或在渗透仪内壁周围涂抹柔性材料的方式，来消除仪器的边壁效应。其存在的问题是：过大尺寸的渗透仪往往需要大量的试验土料、费工费时，且需要高压力、大流量的供水设备，一般室内试验室很难满足；而在渗透仪内壁涂抹柔性材料封堵渗漏通道，增加了试验操作的繁琐程度，材料涂抹量很难掌控，涂抹少不能消除边壁效应，涂抹过厚会填充土中正常孔隙以致脏污试样，也会导致测试误差。

发明内容

本发明的目的是提供一种考虑渗透仪边壁效应的粗粒土渗透系数的测定方法，该方法能较好地修正渗透仪边壁效应所带来的测试误差，提高渗透系数的室内测试精度，且其操作简单、方便。

本发明实现其发明目的所采用的技术方案是，一种考虑渗透仪边壁效应的粗粒土渗透系数测定方法，其步骤是：

a、测试粗粒土中土颗粒的粒径组成和含量

由颗粒筛分试验，得到待测粗粒土的颗粒粒径组成，并得到第j粒径组颗粒质量占试样干土总质量的百分数M_j，j＝1,2,3…J，其中j为构成待测粗粒土的粒径组序号，J为构成待测粗粒土的粒径组总组数；

进而计算出第j粒径组的中值粒径d_j，其中，d_j,max为第j粒径组的上限粒径；d_j,min为第j粒径组的下限粒径；

b、测定各粒径组的颗粒密度

采用网篮法或容量瓶法，测定出待测粗粒土中第j粒径组的颗粒密度ρ_j；