[发明专利]土工织物轴向压缩法淤堵试验装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于土工合成材料试验领域，尤其涉及土工织物轴向压缩法淤堵试验装置及方法。

背景技术

淤堵是指土工织物工作时，土体中的小颗粒通过土工织物的过程中，聚集土工织物的表面，或者形成一层弱透水层，或者堵塞土工织物过滤通道的端部，或者滞留在土工织物内部，从而导致土工织物透水性降低。於堵通常是根据通过织物水流量的减小，以及进入织物土颗粒的增多来评估的。

一方面，随着我国港口工程、水运工程及近海工程的快速发展，大量的软土地基需要加固，软土地基具有含水量高、级配差、粘粒含量多、渗透系数低等特点，基本采用塑料排水板联合真空预压法加固。塑料排水板对加固土体起到排水、过滤和阻挡的三重作用。在真空吸力的作用下，地基中的水经过土层进入滤膜，土颗粒也在真空吸力的作用下聚集塑料排水板滤膜周围，一部分细颗粒粘附在滤膜表面，一部分细颗粒嵌在滤膜孔隙中，造成滤膜的淤堵，从而导致排水通道的失效，影响加固效果。因此，对作为滤膜的土工织物进行淤堵试验具非常重要的意义，但是在进行常规的淤堵试验时却遇到诸多问题，无法测得滤膜在软土中的淤堵特性。

另一方面，土与土工织物系统的外部条件，如周围压力，也对土工织物的淤堵有重要影响。周围压力会降低土工织物的厚度，减小其孔隙率，从而降低土工织物的渗透性，加重於堵。但是，常规的淤堵试验却无法施加特定压力，测定土工织物在一定压力下於堵的性能。

一般国际通用的於堵试验方法为梯度比法。梯度比试验20世纪70年代首先由Calhoun提出，后由美国陆军工程师兵团采用。梯度比试验方法是於堵试验最常用的方法，有美国标准《土与土工织物系统梯度比於堵测试方法》(ASTM D5101-2006)和FHWA《土工织物工程手册》，两者方法基本一致，我国《土工合成材料测试规程》(SL/T 235-2012)和《公路工程土工合成材料试验规程》(JTG E50-2006)规定的於堵试验方法均为梯度比法，并根据美国标准编制。

梯度比试验典型的试验装置如图8。筒体直径100mm，织物上方土样高为100mm，土样上方应有足够的空间使得水流均匀稳定。共六根测压管，测压管内径不小于3mm，接头处应设置滤层，防止土样堵塞测压管管口。

连续测读各测压管水位随时间的变化，计算水力梯度，如下式：式中i₁为土工织物上方25mm处土样的水力梯度；i₂为土工织物上方25mm～75mm处土样的水力梯度。

具体方法为：装入风干土样并饱和，调整水力梯度为1.0，测压管稳定后每小时读取一次测压管水位和渗水量，连续读取24h，如读数尚未完全稳定，可适当延长试验时间，直至稳定。再调整水力梯度为2.5、4.0及10.0，每增加一级，应等测压管读数稳定并在该水力梯度下渗流至少1.5h。水力梯度为10.0时，测压管稳定后每小时读取一次测压管水位和渗水量，连续读取24h，如读数尚未完全稳定，可适当延长试验时间，直至稳定。

梯度比值GR(Gradient ratio)用来评价织物的淤堵特性，梯度比值越大，淤堵越严重，聚集在织物表面及内部的土颗粒越多。当滤膜发生淤堵，其渗透系数变小时，滤膜及其附近的土层在渗流时的水头损失会增大，导致梯度比在数值上上升，此时GR>1；当滤膜不能起保土作用，土颗粒随渗流持续流失时，滤膜附近土层中的土样由于细颗粒流失，渗透系数变大，导致梯度比在数值上下降，即GR<1。

梯度比试验存在的问题

1)测压管读数稳定时间长。梯度比法淤堵试验中，须读取测压管水位，测压管水位指测压管中渗出水的高度。

根据达西定律，渗透水量Q＝kJAt

测压管中有高度为h的水需要的时间t＝h/(kJ)

梯度比试验的水力梯度为1时，若土体的渗透系数为10^-6cm/s(粉质粘土的渗透系数10^-6～10^-7cm/s，黏土的渗透系数更小)，织物上方25cm处的测压管高度变化1mm需要的时间不低于11.9h，织物上方75cm处的测压管高度变化1mm需要的时间不低于5.6h。另外，随着测压管水头的增加，水的渗出速度还将降低；测压管水头稳定所需时间越长，水分蒸发对其影响越大。综上所述，采用粉质粘土、黏土等渗透系数较低的土体时，梯度比法水头稳定时间长达数天，试验周期长。

2)很难准确判定测压管读数稳定。由于测压管水头变化非常缓慢，加上水分蒸发的影响，很难准确判断测压管是否稳定，若判断失误，将直接导致梯度比计算结果错误。