[发明专利]一种粗粒土渗透试验边壁处理层厚度的确定方法

说明书

本发明公开了一种粗粒土渗透试验边壁处理层厚度的确定方法。由颗粒筛分和颗粒密度试验，测得粗粒土各粒径组含量、中值粒径和颗粒密度，计算试样的代表粒径d；借助试样最大干密度和最小干密度试验，得到粗粒土试样实际孔隙比e下的平面孔隙比修正系数ξ，推算出反映在平面上等直径圆堆积模型的堆积角度α，并最终确定在渗透仪直径D条件下边壁处理层厚度h。该方法原理明确、操作和计算简便，利用常规的室内土工试验手段就能准确地确定边壁处理层的厚度，为粗粒土渗透试验提供了合理的边壁处理层厚度依据。

技术领域

本发明涉及一种粗粒土渗透试验边壁处理层厚度的确定方法。

背景技术

粗粒土因具有高抗剪强度、低压缩性和来源广泛等优点，已成为土石坝的重要填筑材料。作为筑坝材料的粗粒土，其渗透系数是土石坝渗流控制的基本水力要素；它表征了土体透水性的强弱，是反映填料颗粒组成、密实程度和孔隙大小等因素的综合指标。在土石坝的施工设计阶段，准确获取粗粒土填料的渗透系数直接关系到工程的安全运营。

常水头渗透试验是室内测定粗粒土渗透系数的标准方法，受土中渗流气泡、流体性质和边壁效应的干扰和影响，其测试精度差。为提高渗透试验结果的准确性，试验规程规定需采用温度高于室温3℃～4℃的脱气水以及动力黏滞系数温度校正等措施，以消除气泡和流体性质的影响，但规程中关于边壁效应的处理方法仍不明确。

所谓渗透试验的边壁效应，是由于渗透仪刚性边壁与土颗粒的接触异于土颗粒间的接触关系，导致边壁与颗粒间的孔隙尺寸大于土体内部颗粒间的孔隙，其结果是边壁处渗流速度增加、容易形成渗漏通道，试验测定的渗流量高于流经试样内部的渗流量，渗透系数测试结果大于试样真实值。当前的粗粒土渗透试验操作中，可选用直径大于10倍试样最大粒径的渗透仪，或在渗透仪内壁周围涂抹柔性材料的方式来解决边壁渗漏问题。大尺寸的渗透仪往往需要大量的试验土料以及高压力、大流量的供水设备，一般室内试验条件很难达到。故通常是在较小尺寸的渗透仪边壁上，通过涂抹柔性材料将边壁与颗粒间的孔隙堵住，以消除边壁效应。

然而，边壁涂抹柔性材料时，涂抹厚度是靠操作人员经验确定、随意性强。涂抹厚度过薄时，不能达到封堵渗漏通道的目的，测试数据仍然偏大；而涂抹材料过多、处理层厚度过厚，会脏污试样、填充土中正常孔隙，导致试验数据偏小。

发明内容

本发明的目的是提供一种粗粒土渗透试验边壁处理层厚度的确定方法，该方法原理明确、操作简便；以其为依据进行的粗粒土渗透试验，测试数据更加精确可靠。

本发明实现其发明目的所采用的技术方案是，一种粗粒土渗透试验边壁处理层厚度的确定方法，其步骤依次是：

(1)粗粒土的粒径组成

由颗粒筛分试验，得到用于粗粒土渗透试验的粗粒土第j个粒径组的颗粒质量占干土总质量的百分数M_j，j＝1,2,3…J，j为筛分出的粒径组的序号，J为筛分出的粒径组数量；

计算出第j个粒径组的中值粒径d_j：

式中，d_j,max为第j个粒径组的上限粒径；d_j,min为第j个粒径组的下限粒径；

(2)测定各粒径组的颗粒密度

采用土工试验规程规定的网篮法或容量瓶法，测定出粗粒土第j个粒径组的颗粒密度ρ_s,j；

(3)计算粗粒土的代表粒径

按粒径组体积加权平均，计算出粗粒土的代表粒径d，

其中，表示从下界j＝1到上界j＝J的求和运算；

(4)获取粗粒土的最大、最小孔隙比