一種土的常流速滲透堵塞試驗方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及在常流速情況下土的滲透堵塞試驗方法，具體涉及一種模擬在滲透過 程中土顆粒運移與堵塞效應(yīng)對土體滲透性影響的試驗方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，滑坡、泥石流等斜坡地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，研究斜坡土體的滲透性能對斜坡的穩(wěn) 定性分析及斜坡災(zāi)害機理的研究都具有重要意義。斜坡土體滲透系數(shù)是反映斜坡土體滲透 能力的一個重要指標(biāo)，一般可通過現(xiàn)場和室內(nèi)試驗測得?，F(xiàn)行試驗大都以純水為滲流介質(zhì) 測得土體滲透系數(shù)，在實際過程中，水流會攜帶細(xì)土顆粒，在滲流過程中對土體的滲透性能 產(chǎn)生影響，特別是對分散性較強或抗沖蝕能力較差的斜坡土體，其中水流中的含有的細(xì)粒 物質(zhì)濃度較高，與目前實驗室采用純水測得的土體滲透系數(shù)誤差較大，從而會影響邊坡滲 流分析及其穩(wěn)定性分析的結(jié)果。
[0003] 目前常用的室內(nèi)測定土體滲透系數(shù)的儀器的內(nèi)徑較小，適用土體的粒徑范圍較 小，且不能模擬和定量化評價土體孔隙被水流攜帶細(xì)粒堵塞的情況，難以反映實際情況。
[0004] 目前室內(nèi)測定土的滲透性的儀器通常采用常水頭試驗或變水頭試驗，水在土體中 的滲流流速一般通過計算得到，但當(dāng)水流中含有細(xì)粒物質(zhì)時會堵塞土體孔隙會降低滲流流 速。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是克服上述方面的不足，提供一種土的常流速滲透堵塞試驗方法。
[0006] 具體步驟為：
[0007] -、建立一個土的常流速滲透堵塞試驗裝置，包括進水儲水箱、磁力攪拌儀、第一 進水耐壓軟管、恒流栗、第一閥門、第二進水耐壓軟管、進水頂蓋、第一透水板、第一法蘭、緩 沖層、第一滲透筒、第二法蘭、第二滲透筒、濾網(wǎng)、第二透水板、出水底蓋、第三法蘭、出水集 水箱、第二閥門、第一出水耐壓軟管、第一三通、第二出水耐壓軟管、第三閥門、激光粒度儀、 第三進水耐壓軟管、第四閥門、第二三通、差壓傳感器和數(shù)據(jù)采集儀。
[0008] 磁力攪拌器置于進水儲水箱中，進水儲水箱通過第一進水耐壓軟管與恒流栗相 連，恒流栗另一端連接第一閥門，第一閥門通過第二進水耐壓軟管與進水頂蓋相連，進水頂 蓋通過第一法蘭與第一滲透筒相連，第一滲透筒頂部設(shè)置第一透水板，第一透水板下方設(shè) 置緩沖層，第一滲透筒和第二滲透筒通過第二法蘭相連，第一滲透筒和第二滲透筒同一側(cè) 設(shè)置一排差壓傳感器，差壓傳感器設(shè)置于與滲透筒軸心線平行的同一直線上，差壓傳感器 均分別與數(shù)據(jù)采集儀相連，第二滲透筒底部設(shè)置第二透水板，第二透水板上方設(shè)置濾網(wǎng)，第 二滲透筒通過第三法蘭與出水底蓋相連，出水底蓋通過第一出水耐壓軟管和第二三通與出 水集水箱相連，在第一出水耐壓軟管上設(shè)置第二閥門，第二三通的剩余一端通過第二出水 耐壓軟管與激光粒度儀相連，在第二出水耐壓軟管上設(shè)置第三閥門，第一三通的剩余一端 通過第三進水耐壓軟管與激光粒度儀相連，在第三進水耐壓軟管設(shè)置第四閥門；在第一滲 透筒和第二滲透筒一側(cè)滲流壓力監(jiān)測孔安裝差壓傳感器，將差壓傳感器的兩只引壓管路分 別安裝到相鄰兩個孔中，同時密封好差壓傳感器與筒身孔連接處的縫隙，并使用螺栓進行 固定;并將差壓傳感器另一端連接數(shù)據(jù)采集儀，數(shù)據(jù)采集儀連接計算機。
[0009] 所述的第一滲透筒和第二滲透筒全長均為30-40cm、內(nèi)徑均為18-25cm，第一透水 板和第二透水板都是直徑為18_25cm、厚度為3-5mm的帶孔的圓形板，孔徑為4-6_，緩沖層 為2-3cm厚的爍石層。
[0010] 二、試樣填裝在滲透緩沖層與濾網(wǎng)之間，采用分層裝樣法，每層土樣約10cm，按設(shè) 計密度搗實，并層間刨毛，完成試樣填裝。
[0011] 三、在出水集水箱中裝入清水，并控制出水集水箱的位置，確保液面不高于試樣底 部，初步估計試樣的滲透系數(shù)，確定提升速率，打開第一閥門和第二閥門并提升出水集水 箱，排空管路及試樣中的空氣或氣泡，使試樣飽和。
[0012] 四、在進水儲水箱中注入清水，并按預(yù)先設(shè)計的入滲液的濃度添加堵塞劑的數(shù)量， 并啟動磁力攪拌器將懸浮液攪拌均勻。
[0013] 五、設(shè)定好恒流栗的流速，關(guān)閉第四閥門和第三閥門，開啟數(shù)據(jù)采集儀，開啟恒流 栗進行滲透堵塞試驗。
[0014] 六、根據(jù)達西定律實時計算土樣在滲流過程中滲透系數(shù)的變化規(guī)律，并建立滲透 系數(shù)隨時間的變化關(guān)系。
[0015] 七、根據(jù)所需時間間隔使用激光粒度儀測量滲入液和滲出液中顆粒懸浮特征。
[0016] 八、滲透系數(shù)采用達西定律計算，需要將差壓傳感器讀數(shù)(單位為kPa)換算成水頭 差hjcm)，再將恒流栗的滲流流量Q( cm3/S)、試樣長度Idem)、試樣滲流面積A(cm2)代入達 西定律表達式中計算滲系數(shù)：
[0017] (/=1,2,3, '····.)
[0018] 式中一第i土段(同一差壓傳感器所測量的試樣段)的滲透系數(shù)，單位:Cm/s;
[0019] Q一滲透流量，單位:cm3/s;
[0020] A一土柱體的橫截面積，單位:cm2;
[0021] li一第i段土柱的長度，單位:cm;
[0022] lu-第i段土柱的的水頭損失值(同一差壓傳感器所測量的壓力差），單位:cm。
[0023] 整個試樣長度(1)的滲透系數(shù)計算公式為：
[0024] v (
[0025] 最終試驗得到試樣滲透系數(shù)隨滲透時間的變化規(guī)律。
[0026] 本發(fā)明的有益效果是:通過恒流栗控制在試驗過程中滲流的流量恒定不變，并能 人為地設(shè)置所需的流量大小。通過往滲流液中添加堵塞顆粒，研究堵塞顆粒在滲流過程中 對試樣的堵塞作用。并通過激光粒度儀分析出口處滲流液中流失顆粒大小及顆粒分布特 征，能對比流入和流出顆粒的特征。最終得到攜帶有細(xì)粒的滲流介質(zhì)對土體滲透性影響的 定量化評價。
【附圖說明】
[0027] 圖1為本發(fā)明土的常流速滲透堵塞試驗裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028] 圖中標(biāo)記：1-進水儲水箱，2-磁力攪拌儀，3-第一進水耐壓軟管，4-恒流栗，5-第一 閥門，6-第二進水耐壓軟管，7.進水頂蓋，8-第一透水板，9-第一法蘭，10-緩沖層，11.第一 滲透筒，12-第二法蘭，13-第二滲透筒，14-濾網(wǎng)，15-第二透水板，16-出水底蓋，17-第二法 蘭，18-出水集水箱，19-第二閥門，20-第一出水耐壓軟管，21-第一三通，22-第二出水耐壓 軟管，23-第三閥門，24-激光粒度儀，25-第三進水耐壓軟管，26-第四閥門，27-第二三通， 28-差壓傳感器，29-數(shù)據(jù)采集儀。
[0029]圖2為本發(fā)明土的常流速滲透堵塞試驗裝置測得的土體歸一化滲透系數(shù)隨滲透時 間的關(guān)系曲線。
[0030] 圖3為本發(fā)明土的常流速滲透堵塞試驗裝置測得的入滲液中堵塞顆粒和滲流流失 顆粒的粒徑分布曲線。
【具體實施方式】
[0031] 下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明做進一步說明。
[0032] 實施例：
[0033] 一、建立一個土的常流速滲透堵塞試驗裝置，包括進水儲水箱1、磁力攪拌儀2、第 一進水耐壓軟管3、恒流栗4、第一閥門5、第二進水耐壓軟管6、進水頂蓋7、第一透水板8、第 一法蘭9、緩沖層10、第一滲透筒11、第二法蘭12、第二滲透筒13、濾網(wǎng)14、第二透水板15、出 水底蓋16、第三法蘭17、出水集水箱18、第二閥門19、第一出水耐壓軟管20、第一三通21、第 二出水耐壓軟管22、第三閥門23、激光粒度儀24、第三進水耐壓軟管25、第四閥門26、第二三 通27、差壓傳感器28和數(shù)據(jù)采集儀29。
[0034]磁力攪拌器2置于進水儲水箱1中，進水儲水箱1通過第一進水耐壓軟管3和第一三 通27與恒流栗4相連，恒流栗4另一端連接第一閥門5，第一閥門5通過第二進水耐壓軟管6與 進水頂蓋7相連，進水頂蓋7通過第一法蘭9與第一滲透筒11相連，第一滲透筒11頂部設(shè)置第 一透水板8,第一透水板8下方為緩沖層10,第一滲透筒11和第二滲透筒13通過第二法蘭12 相連，第一滲透筒11和第二滲透筒13同一側(cè)設(shè)置一排差壓傳感器28,差壓傳感器28設(shè)置于 與第一滲透筒11和第二滲透筒13軸心線平行的同一直線上，差壓傳感器28均分別與數(shù)據(jù)采 集儀29相連，第二滲透筒13的底部設(shè)置第二透水板15,在第二透水板15上設(shè)置孔徑2mm的鋼 絲濾網(wǎng)14,第二滲透筒13與出水底蓋16通過第三法蘭17相連，出水底蓋16通過第一出水耐 壓軟管20和第二三通21與出水集水箱18相連，在第一出水耐壓軟管20上設(shè)置第二閥門19， 第二三通21的剩余一端通過第二出水耐壓軟管22與激光粒度儀24相連，在第二出水耐壓軟 管22上設(shè)置第三閥門23,第一三通27的剩余一端通過第三進水耐壓軟管25與激光粒度儀24 相連，在第三進水耐壓軟管25設(shè)置第四閥門26。
[0035]在第一滲透筒