[发明专利]基于三轴固结试验确定土体渗透系数与孔隙比关系的方法

说明书

技术领域

本发明涉及土木工程领域，具体涉及一种基于三轴固结试验确定土体渗透系数与孔隙比关系的方法。

背景技术

土的渗透性指水流通过土中孔隙难易程度的性质。渗透系数是衡量土体渗透性的一项重要物理指标，它是土体渗流、固结、降水等分析计算中必须的基本参数，包括考虑固结的基础沉降计算、堤坝的渗流分析和基础的降水计算等。

目前关于渗透系数的测试方法通常有常水头法、变水头法和孔压静力触探测渗透系数法等。《土工试验方法标准》(GB/T50123-1999，pp.79-82)中介绍了基于长水头和变水头的渗透系数测试方法。2014年符二东在《山西建筑》(2014，No.02，pp.68-69)中发表的“变水头法测定渗透系数试验方法分析及探讨”一文对变水头法测渗透系数的方法进行了探讨，研究影响其测试精确度的因素。公开号为CN103061320A的中国专利公开了一种基于孔压静力触探确定土体渗透系数的方法，通过孔压静力触探报告确定现场土层划分和相关参数，同时根据密度试验得到现场土的重度，从而确定孔压静力触探的标准参数和渗透系数指数，根据土层划分确定土层分布系数，最终确定土体的渗透系数。

采用上述方法虽然都能测得土壤的渗透系数，但都只能测定固定的渗透系数值。而实际上渗透系数会在土层受力变形过程中发生变化，主要表现为随孔隙比的变化而变化，但目前针对渗透系数变化的测试方法很少。

经对现有技术文献的检索发现，2005年陈勇在《海洋湖沼通报》(2005,No.04，pp.15-22)中发表的“黄河沉积粉土渗透系数变化研究”一文对黄河沉积粉土进行了模拟加载渗透实验，研究了固结压力、渗透压力对黄河三角洲粉质土渗透系数的影响，并获得了一定的规律。2012年曾玲玲在《岩土力学》(2012,No.05，pp.1286-1292)中发表的“压缩过程中重塑黏土渗透系数的变化规律”一文对重塑粘土的渗透系数的变化规律进行了研究，指出渗透系数与应变的关系。但是以上文献都没有明确指出用于测试渗透系数变化的方法，因此提出一种可以快速测定渗透系数变化规律，并获取整个变化过程的数据进行全面测定的方法显得尤为重要。

发明内容

本发明为了克服以上不足，提供了一种可以快速测定渗透系数变化规律，并获取整个变化过程的数据进行全面测定的基于三轴固结试验确定土体渗透系数与孔隙比关系的方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种基于三轴固结试验确定土体渗透系数与孔隙比关系的方法，包括以下步骤：

S1：获取测试土样，并通过试验获得土样的初始孔隙比e0；

S2：制作试样，根据三轴固结仪确定试样尺寸，选取土样中心扰动较小的区域进行制作，并对制出的试样进行饱和处理；

S3：对试样进行三轴固结试验，采用分级降压渗流试验方法，先升高围压和背压达到试验设计值，待孔压稳定后开始逐级降低背压进行渗流固结试验，并记录试验过程中试样孔压和体积变化值，其中，围压是指三轴固结仪压力室内的压力，即试样的总压力；背压是指试样上表面的孔隙水压力；孔压是指试样下表面的孔隙水压力；

S4：处理记录的试验数据，并计算分级降压过程中的渗透系数和孔隙比；

S5：确定渗透系数与孔隙比的关系，绘制关系曲线，最终得到两者的数学关系。

进一步的，所述第一步中获取测试土样是指：采用扰动较小的薄壁取土法，在指定区域取得土样，并进行封存后用于做室内试验。

进一步的，所述步骤S1中，获得土样的初始孔隙比e₀是指：通过环刀法求得土的重度r_s，用烘干法求出土的含水率w，并利用公式求得初始孔隙比，其中r_w为水的重度。

进一步的，所述步骤S2中，所述三轴固结仪具有控制土体试样孔压大小、测量孔压和体积变化的功能。

进一步的，所述步骤S2中，饱和处理是指：采用浸水饱和法处理试样，使其饱和度达到99％以上。

进一步的，所述步骤S3中，所述三轴固结试验包括以下步骤：

S31:将所述围压升至一个试验设计值，同时将所述背压升至比围压小10kPa以防止试样内孔隙水压力大于围压而导致试样破坏，观测孔压变化情况；

S32:待孔压稳定并等于背压值，进行分级降压渗流试验，首先设定背压每一级的降压值；接着开始第一级降压渗流试验，使试样排水固结，观测孔压变化情况，间隔获取试样的孔压和体积变化值；