63 粗顆粒土的滲透及滲透變形試驗
63.1 一 般 規(guī) 定
63.1.1 土樣應(yīng)為擾動的粗顆粒土試樣。
63.1.2 本試驗方法分為垂直滲透試驗和水平滲透試驗。
63.2 儀 器 設(shè) 備
63.2.1 本試驗所使用的主要儀器設(shè)備應(yīng)符合以下規(guī)定：
1 垂直滲透變形儀(圖63.2.1-1):包括儀器筒、頂蓋、底座、 透水板及支架。筒身內(nèi)徑與試樣最大顆粒粒徑之比不應(yīng)小于5, 試樣高度不應(yīng)小于試樣直徑。頂蓋中心為一活塞套。透水板分上 透水板和下透水板，上透水板兼起傳遞荷載作用。在下滲水板之 下，也可設(shè)置斜透水板，坡度為1:1～1:1.5,用以排除水中含氣 斜透水板上端設(shè)有排氣孔。
圖63.2.1-1 垂直滲透變形儀示意圖
1--筒身；2一上蓋； .3-上透水板；4-下透水板；5一斜透水板；6—上進水口(溢水口); 7一下進水口(溢水口):8—測壓孔；9—排氣孔：10—上排氣孔；11一集砂器；12一支架
2 水平滲透變形儀(圖63.2.1-2):由進水段、試樣段、出水 段、集砂器、水箱、支架組成。儀器的寬度和厚度與試樣最大顆粒 粒徑比不得小于5,長度不得小于寬度。
圖63.2.1-2 水平滲透變形儀示意圖
1-筒；2一進水段；3一試樣段；4— 出水段；5一上蓋板；6—上游透水板；
7一下游透水板；8一測壓孔；9—上游進水口(放水口);10一下游放水口；
11一集砂器；12一格柵；13一上游排氣孔；14一下游溢水口；15—橡皮止水；16—支架
3 供水設(shè)備：供水箱，提升架、橡皮管。供水箱設(shè)置溢流堰能 保持常水頭。
4 加荷設(shè)備：活塞桿、加荷框架、加荷杠桿和百分表支架。
5 量測設(shè)備：測壓管、量筒、秒表、溫度計、百分表和測壓 裝置。
6 其他設(shè)備：擊錘(或振動器)、臺秤、天平及標準篩等。
63.2.2 儀器檢查應(yīng)下列步驟進行：
1 將下進水口與供水管相連接，使儀器充水，檢查儀器的各部件是否堵塞及漏水等。檢查完畢，降低供水箱，對于垂直滲透儀 使水箱中水位與下透水板的下沿齊平，對于水平滲透儀使水箱中 水位與試樣底部齊平。
2 對于垂直滲透儀，取去頂蓋，在下透水板上鋪設(shè)濾網(wǎng)，以免 細料漏失，沿儀器壁和濾網(wǎng)之間的接觸縫隙涂一圈油泥或橡皮泥。 對于水平滲透儀，取去上蓋板，固定上游透水板，在透水板上鋪設(shè) 濾網(wǎng)。只進行滲透系數(shù)試驗時，在下游固定透水板并鋪設(shè)濾網(wǎng)。 需進行滲透變形時，下游設(shè)置格柵，安好集砂器。沿儀器壁和透水 板之間的接觸縫隙涂一圈油泥或橡皮泥。
3 開啟全部測壓孔，使之處于排氣狀態(tài)。
63.3 操 作 步 驟
63.3.1 試樣制備應(yīng)按下列步驟進行：
1 從風(fēng)干、松散的土樣中取具有代表性土樣，進行顆粒分析 試驗，確定試樣的顆粒級配，并繪制顆粒級配曲線。
2 根據(jù)試驗土樣粒徑，按儀器內(nèi)徑不應(yīng)小于試樣最大粒徑的 5倍選擇儀器。當常規(guī)試驗的儀器內(nèi)徑不能滿足要求時，應(yīng)設(shè)計 加工大直徑的滲透變形儀?；蚋鶕?jù)試樣情況，對最大允許粒徑以 上的粗顆?？砂幢緲藴实?/span>60.3. 1條第3款第2項的規(guī)定處理。
3 根據(jù)需要控制的干密度及試樣高度，試樣質(zhì)量應(yīng)按下式 計算：
md =ρdπr2h' (63.3.1)
式中：r—— 儀器筒身半徑(cm);
h'—— 試樣高度(cm)。
4 稱取試樣后，為減少粗細顆粒分離現(xiàn)象，保證試樣的均勻 性，應(yīng)當分層裝填試樣，且每層的級配應(yīng)相同，還可酌加相當于試 樣質(zhì)量1%～2%的水分，拌和均勻后再進行裝樣。
5 將稱好的試樣均勻分層裝入儀器中，用擊實錘(對于風(fēng)化 石渣或易擊碎之土料可采用振動加密法)擊實。達到要求的密度 試樣總厚度：砂土不小于10cm; 細礫石不小于15cm; 中粗礫石為 20cm～25cm; 卵石為試樣最大粒徑的3倍～5倍。裝填分層厚 度：砂土一般為2cm～3cm; 砂礫石及砂卵石為試樣最大粒徑的1.5倍～2.0倍。
63.3.2 試樣飽和應(yīng)按下列步驟進行：
1 試樣裝好后，測量試樣的實際厚度，然后用無氣水采用水 頭飽和法進行飽和。使水位略高于試樣底面位置，再緩慢地提升水箱，每次提升1cm, 待水箱水位與試樣中水位相等，并停10min 后，再提升水箱。隨著供水箱上升，讓水由儀器底部向上滲入，使 試樣緩慢飽和，以完全排除試樣中的空氣。與此同時，隨著水位上 升，應(yīng)接通相應(yīng)的測壓管(若試驗用自來水，應(yīng)至少貯存一天曝氣 后再用來作試驗用水，以減少水中氣體的離析)。
2 為減少試驗過程中由于試驗用水分離出的氣泡堵塞試樣 孔隙，影響試驗準確度，應(yīng)使試驗用水的溫度不低于室溫，或采用 其他排氣措施。
63.3.3 滲透試驗應(yīng)按下列步驟進行：
1 根據(jù)工程要求，當需要在試驗過程中在試樣頂面施加荷載 時，則利用加荷設(shè)備。對于垂直滲透儀，通過活塞及上透水板對試 樣施加荷載；對于水平滲透儀，通過上蓋板對試樣施加荷載。
2 試驗時，選擇初始滲透坡降及滲透坡降遞增值，應(yīng)先根據(jù) 細粒含量大致判別試樣滲透變形的破壞形式。如為管涌破壞，則 滲透坡降初始值及遞增值要小一些。如為流土破壞，則滲透坡降 初始值及遞增值應(yīng)大一些。其原則是既要測得試樣臨發(fā)生變形前 的坡降，又要準確地測得臨界坡降。
3 提升供水箱，使供水箱的水面高出滲透容器的溢水口(上進水口)保持常水頭差，形成初始滲透坡降。
4 對管涌土，加第一級水頭時，初始滲透坡降可為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……等坡降遞增。但在接近臨界坡降時，滲透坡降遞增值 應(yīng)酌量減小。對于非管涌土，初始滲透坡降可適當提高，滲透坡降 遞增值應(yīng)適當放大。
5 每次升高水頭30min 至 1h 后，測記測壓管水位，并用量筒測讀滲水量3次。每次測讀間隔時間一般為10min～20min。 同時測讀水溫、室溫。對非管涌土，測讀間隔時間可適當延長。仔 細觀察試驗過程中出現(xiàn)的各種現(xiàn)象，如水的渾濁程度、冒氣泡、細 顆粒的跳動、移動或被水流帶出、土體懸浮、滲流量及測壓管水位 的變化等，并描述記于記錄中。
6 如果連續(xù)3次測得的水位及滲水量基本穩(wěn)定，又無異常現(xiàn) 象，即可提升至下一級水頭。
7 對于每級滲透坡降，均應(yīng)按本標準63.3.3條第5款的規(guī) 定重復(fù)進行，直至試驗破壞或當水頭不能再繼續(xù)增加時，即可結(jié)束 試驗。
63.4 計算、制圖和記錄
63.4.1 試樣的干密度應(yīng)按下式計算：
(63.4.1)
式中：r——試樣半徑(cm);
h0—— 試樣初始高度(cm)。
63.4.2 試樣的孔隙率應(yīng)按下式計算：
(63.4.2)
式中：n——孔隙率(%)。
63.4.3 土粒比重Gs應(yīng)為粗細顆?；旌媳戎兀瑧?yīng)按下式計算：
(63.4.3)
式中：Gs1 、Gs2 —— 粒徑大于5mm 和不大于5mm 的土粒比重。
63.4.4 滲透坡降應(yīng)按下式計算：
(63.4.4)
式中：i—— 滲透坡降；
△H—— 測壓管水頭差(cm);
L—— 與水頭差△H 相應(yīng)的滲徑長度(cm)。
63.4.5 滲流速度應(yīng)按下式計算：
(63.4.5)
式中：υ-— 滲透流速(cm/s);
Q—— 滲水量(cm3);
t——時間(s);
A—— 試樣面積(cm2)。
63.4.6 滲透系數(shù)應(yīng)按下式計算：
(63.4.6)
63.4.7 在雙對數(shù)紙上，以滲透坡降 i 為縱坐標，滲透速度 v 為橫 坐標，繪制滲透坡降與滲流速度關(guān)系曲線(lgi-lg? 曲線)。
63.4.8 對管涌破壞的試樣，應(yīng)分別確定其臨界坡降及破壞坡降。 首先根據(jù)試樣的總厚度作出 lgi-lgυ曲線，必要時還應(yīng)作出測壓管 之間試樣厚度的lgi-lgυ曲線。臨界坡降可根據(jù) lgi-lgυ關(guān)系曲線 進行判斷。當lgi-lgυ關(guān)系曲線的斜率開始變化，并觀察到細顆粒 開始跳動或被水流帶出時，認為該試樣達到了臨界坡降ik, 其 值為：
(63.4.8-1)
式中：i2—— 開始出現(xiàn)管涌時的坡降；
i1—— 開始出現(xiàn)管涌前一級的坡降。
隨著水頭逐步加大，細粒不斷被沖走，滲透流量變大，當水頭 增加到試樣破壞，該坡降稱為試樣的破壞坡降i, 其值為：
(63.4.8-2)
式中：
—— 試樣破壞時的滲流坡降；
——試樣破壞前一級的滲流坡降。
發(fā)生流土破壞時，有時不易測得，則可按下式計算：
(63.4.8-3)
63.4.9 粗顆粒土的滲透及滲透變形試驗記錄格式應(yīng)符合本標準 附錄 D 表 D.108 的規(guī)定。
