專利名稱：一種模擬基坑降水土滲透系數變化的試驗方法
技術領域：
本發明涉及一種室內土工試驗方法，尤其涉及一種模擬軟土地層基坑降水土滲透 系數變化的試驗方法。
背景技術：
土的滲透性指水流通過土中孔隙難易程度的性質。滲透系數是衡量土體滲透性的 一項重要物理指標，它是用來分析計算地基固結沉降，評估基坑、土壩路提的滲透穩定性， 以及基坑降排水設計和地基加固設計時所必須的基本參數。然而，滲透系數的影響因素比 較多，包括土的顆粒組成、密實度、飽和度、溫度和結構等，它們對滲透系數都有重要影響。 工程實踐中，滲透系數取值的合理性直接關系到模型計算和評估的準確性以及設計施工的 可靠性。對于軟土富水地層的深基坑，基坑開挖常常要采取降水措施，而基坑降水一方面 會導致含水層中孔隙水壓力降低，有效應力增大，含水層產生壓密；另一方面，基坑降水使 原有的滲流場遭到破壞，產生新的滲流，伴隨著滲流作用而施加于土骨架的滲透力，使土體 壓密。土體壓密后，其密實度、含水量、飽和度和結構都會發生改變，從而土的滲透系數也隨 之發生變化。在軟土地層深基坑的設計、計算和施工中，目前滲透系數的選取大多采用降水 前的材料參數，或僅憑經驗選取，沒有考慮基坑降水對土體滲透系數的影響，其結果顯然不 夠合理。
發明內容
為克服現有軟土富水基坑設計施工中土滲透系數大多采用降水前的材料參數或 僅憑經驗選取這一不足，本發明的目的在于提供一種模擬基坑降水土滲透系數變化的試驗 方法，通過模擬降水條件下的土體應力狀態測得土滲透系數，為基坑降水土滲透系數的準 確選取提供依據。本發明提出的模擬基坑降水土滲透系數變化的試驗方法，采用加荷式滲透試驗裝 置進行試驗，該裝置由計量管1、滲壓容器2、溢水孔3、三通閥門4、進氣孔5等部分組成，進 氣孔5與計量管1連通，計量管1通過管路和三通閥門4連接于滲壓容器2下部一側，滲壓 容器2上部一側通過溢水孔3接出水管；具體步驟如下(1)用切土環刀切取原狀試驗土樣，在試樣兩端貼上濾紙；(2)將滲壓容器與滲流管路及滲流計量管連通，讓計量管的水流入滲壓容器，使整 個管路及滲壓容器內透水石得到充分排氣飽和，然后關閉閥門；(3)將裝有試樣的環刀，刀口向上裝入滲壓容器內；在環刀外面套上0型止水圈， 放上定向墊片，旋上壓緊螺絲；同時在試樣上端裝上透水石和傳壓活塞；(4)通過調壓閥對試樣進行兩階段固結，第一次固結使試樣恢復土體天然自重應 力狀態，第二次固結模擬降水后土體應力狀態；(5)固結完成后，打開滲流閥門，開始滲流試驗；試驗時，先觀察滲流情況，如果滲
3流太慢，則先加IOkPa的滲透壓力，若產生滲流，待滲流比較穩定時，記下初始水頭讀數，同 時開動秒表，當水頭下降到某一讀數時，記下水頭讀數和滲流時間，按此重復4 5次；如果 IOkPa滲透壓力作用下滲流不明顯，可繼續加大滲透壓力，但滲透壓力不應大于固結壓力。 并記下滲流試驗時水溫，以便進行修正。本發明中，步驟(4)中所述的兩階段固結中，第一次固結的壓力等于土天然自重 應力，固結時間為24小時；第二次固結壓力按基坑降水后土有效應力增長進行，固結時間 為24小時。本發明中，當測定豎向滲透系數時環刀沿取土器縱向切土，當測定水平向滲透系 數時環刀沿取土器橫向切土。與現有技術相比，本發明的有益效果體現在本發明的試驗方法考慮了基坑降水 土含水量減小、有效應力增大、土固結壓密對土滲透系數的影響，為基坑降水土滲透系數的 準確選取提供了依據，從而為安全、經濟、合理地設計與施工軟土富水深基坑提供了保障。
圖1是本發明實施例的加荷式滲透試驗裝置結構示意圖。圖2是本發明實施例1的③層土豎向滲透系數隨降水深度變化關系曲線。圖3是本發明實施例2的④層土豎向滲透系數隨降水深度變化關系曲線。圖4是本發明實施例3的⑤-1層土豎向滲透系數隨降水深度變化關系曲線。圖5是本發明實施例4的⑤-2層土豎向滲透系數隨降水深度變化關系曲線。圖6是本發明實施例5的③層土水平滲透系數隨降水深度變化關系曲線。圖7是本發明實施例6的④層土水平滲透系數隨降水深度變化關系曲線。圖8是本發明實施例7的⑤-1層土水平滲透系數隨降水深度變化關系曲線。圖9是本發明實施例8的⑤-2層土水平滲透系數隨降水深度變化關系曲線。圖中標號1為計量管，2為滲壓容器，3為溢水孔，4為三通閥門，5為進氣孔。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步的說明。實施例1具體步驟如下(1)用內徑61. 8mm、高20mm的切土環刀切取原狀土試樣，在試樣兩端貼上濾紙；(2)將滲壓容器與滲流管路及滲流計量管連通，讓計量管的水流入滲壓容器，使整 個管路及滲壓容器內透水石得到充分排氣飽和，然后關閉閥門；(3)將裝有土樣的環刀，刀口向上裝入滲壓容器內；在環刀外面套上0型止水圈， 放上定向墊片，旋上壓緊螺絲；同時在試樣上端裝上透水石和傳壓活塞；(4)通過調壓閥對試樣進行兩階段固結，第一次固結使試樣恢復土體天然自重應 力狀態，固結時間為24小時；第二次固結模擬降水后土體應力狀態，固結時間為24小時；(5)固結完成后，打開滲流閥門，開始滲流試驗。試驗時，先觀察滲流情況，如果滲 流太慢，則先加IOkPa的滲透壓力，若產生滲流，待滲流比較穩定時，記下初始水頭讀數，同 時開動秒表，當水頭下降到2. Ocm左右時，記下水頭讀數和滲流時間，按此重復4 5次；如果在IOkPa滲透壓力作用下滲流不明顯，可繼續加大滲透壓力，但滲透壓力不應大于固結 壓力。并記下滲流試驗時水溫，以便進行修正。實施例中，當測定豎向滲透系數時環刀沿取土器縱向切土，當測定水平向滲透系 數時環刀沿取土器橫向切土。試樣為取自上海市區某深基坑的原狀土，樣土為③層淤泥質粉質粘土，埋深
3.2 9. 5m，重度為17. 5kN/m3，平均自重應力為60. OkPa。試驗模擬了不降水和降1.0m、
2.0m、4. Om共4種工況，對應的固結壓力分別為60. OkPa,70. OkPa,80. OkPaUOO. OkPa ；不降 水試樣只進行一次固結，降水試樣進行二階段固結；共做4組試驗。按上述試驗步驟測得的 ③層淤泥質粉質粘土在降水前后土的豎向滲透系數如表1所示。③層淤泥質粉質粘土豎向 滲透系數隨降水深度變化曲線見圖2所示。實施例2試樣為取自上海市區某深基坑的原狀土，樣土為④層灰色淤泥質粘土，埋深 9. 5 17. 5m，重度為16. 7kN/m3，平均自重應力為100. OkPa0試驗模擬了不降水和降2. 0m、
4.0m、8m共4種工況，對應的固結壓力分別為100. 0kPa、120. 0kPa、140. 0kPa、180. OkPa ；不 降水試樣只進行一次固結，降水試樣進行二階段固結；共做4組試驗。按上述試驗步驟測得 的④層灰色淤泥質粘土在降水前后土的豎向滲透系數如表1所示。④層灰色淤泥質粘土豎 向滲透系數隨降水深度變化曲線見圖3所示。實施例3試樣為取自上海市區某深基坑的原狀土，樣土為⑤-1層灰色粘土，埋深17. 5 22. 0m，重度為17. 5kN/m3，平均自重應力為150. OkPa。試驗模擬了不降水和降2. 0m、4. Om、 8. Om共4種工況，對應的固結壓力分別為150. 0kPa、170. 0kPa、190. 0kPa、230. OkPa ；不降水 試樣只進行一次固結，降水試樣進行二階段固結；共做4組試驗。按上述試驗步驟測得的 ⑤-1層灰色粘土在降水前后土的豎向滲透系數如表1所示。⑤-1層灰色粘土豎向滲透系 數隨降水深度變化曲線見圖4所示。實施例4試樣為取自上海市區某深基坑的原狀土，樣土為⑤_2層灰色粘質粉土，埋深 22. O 33. 6m,重度為18. lkN/m3,平均自重應力為200. OkPa0試驗模擬了不降水和降2. Om、 4. Om共3種工況，對應的固結壓力分別為200. OkPa,220. OkPa,240. OkPa ；不降水試樣只進 行一次固結，降水試樣進行二階段固結；共做3組試驗。按上述試驗步驟測得的⑤_2層灰 色粘質粉土在降水前后土的豎向滲透系數如表1所示。⑤_2層灰色粘質粉土豎向滲透系 數隨降水深度變化曲線見圖5所示。實施例5試樣為取自上海市區某深基坑的原狀土，樣土為③層淤泥質粉質粘土，埋深
3.2 9. 5m，重度為17. 5kN/m3，平均自重應力為60. OkPa。試驗模擬了不降水和降1.0m、 2. 0m、4. Om共4種工況，對應的水平向固結壓力分別為26. OkPa,30. OkPa,34. OkPa、 43. OkPa ；不降水試樣只進行一次固結，降水試樣進行二階段固結；共做4組試驗。按上述試 驗步驟測得的③層淤泥質粉質粘土在降水前后土的水平滲透系數如表2所示。③層淤泥質 粉質粘土水平滲透系數隨降水深度變化曲線見圖6所示。實施例6
試樣為取自上海市區某深基坑的原狀土，樣土為④層灰色淤泥質粘土，埋深 9. 5 17. 5m，重度為16. 7kN/m3，平均自重應力為100. OkPa0試驗模擬了不降水和降2. 0m、 4. 0m、8m共4種工況，對應的水平向固結壓力分別為54. OkPa,65. OkPa,76. OkPa,97. OkPa ； 不降水試樣只進行一次固結，降水試樣進行二階段固結；共做4組試驗。按上述試驗步驟測 得的④層灰色淤泥質粘土在降水前后土的水平滲透系數如表2所示。④層灰色淤泥質粘土 水平滲透系數隨降水深度變化曲線見圖7所示。實施例7試樣為取自上海市區某深基坑的原狀土，樣土為⑤-1層灰色粘土，埋深17. 5 22. Om，重度為17. 5kN/m3，平均自重應力為150. OkPa。試驗模擬了不降水和降2. 0m、4. Om、 8. Om共4種工況，對應的水平向固結壓力分別為64. OkPa,73. OkPa,82. OkPa,98. OkPa ；不降 水試樣只進行一次固結，降水試樣進行二階段固結；共做4組試驗。按上述試驗步驟測得的 ⑤-1層灰色粘土在降水前后土的水平滲透系數如表2所示。⑤-1層灰色粘土水平滲透系 數隨降水深度變化曲線見圖8所示。實施例8試樣為取自上海市區某深基坑的原狀土，樣土為⑤_2層灰色粘質粉土，埋深 22. O 33. 6m,重度為18. lkN/m3，平均自重應力為200. OkPa0試驗模擬了不降水和降2. Om、 4. Om共3種工況，對應的水平向固結壓力分別為101. OkPaUll. 0kPa、121. OkPa ；不降水試 樣只進行一次固結，降水試樣進行二階段固結；共做3組試驗。按上述試驗步驟測得的⑤_2 層灰色粘質粉土在降水前后土的水平滲透系數如表2所示。⑤-2層灰色粘質粉土水平滲 透系數隨降水深度變化曲線見圖9所示。表 1 注表中各層土相對值指相對于各土層降水深度為O時的值。
表2 注表中各層土相對值指相對于各土層降水深度為0時的值。
權利要求
一種模擬基坑降水土滲透系數變化的試驗方法，采用加荷式滲透試驗裝置進行試驗，該裝置由計量管(1)、滲壓容器(2)、溢水孔(3)、三通閥門(4)和進氣孔(5)組成，進氣孔(5)與計量管(1)連通，計量管(1)通過管路和三通閥門(4)連接于滲壓容器(2)下部一側，滲壓容器(2)上部一側通過溢水孔(3)接出水管；其特征在于具體步驟如下(1)用切土環刀切取原狀試驗土樣，在試樣兩端貼上濾紙；(2)將滲壓容器與滲流管路及滲流計量管連通，讓計量管的水流入滲壓容器，使整個管路及滲壓容器內透水石得到充分排氣飽和，然后關閉閥門；(3)將裝有試樣的環刀，刀口向上裝入滲壓容器內；在環刀外面套上O型止水圈，放上定向墊片，旋上壓緊螺絲；同時在試樣上端裝上透水石和傳壓活塞；(4)通過調壓閥對試樣進行兩階段固結，第一次固結使試樣恢復土體天然自重應力狀態，第二次固結模擬降水后土體應力狀態；(5)固結完成后，打開滲流閥門，開始滲流試驗；試驗時，先觀察滲流情況，如果滲流太慢，則先加10kPa的滲透壓力，若產生滲流，待滲流比較穩定時，記下初始水頭讀數，同時開動秒表，當水頭下降到某一讀數時，記下水頭讀數和滲流時間，按此重復4～5次；如果10kPa滲透壓力作用下滲流不明顯，可繼續加大滲透壓力，但滲透壓力不應大于固結壓力。并記下滲流試驗時水溫，以便進行修正。
2.根據權利要求1所述模擬基坑降水土滲透系數變化的試驗方法，其特征在于步驟 (4)中所述的兩階段固結中，第一次固結的壓力等于土天然自重應力，固結時間為24小時； 第二次固結壓力按基坑降水后土有效應力增長進行，固結時間為24小時。
3.根據權利要求1所述模擬基坑降水土滲透系數變化的試驗方法，其特征在于當測 定豎向滲透系數時環刀沿取土器縱向切土，當測定水平向滲透系數時環刀沿取土器橫向切 土。
全文摘要
本發明涉及一種模擬基坑降水土滲透系數變化的試驗方法，具體步驟為用環刀切取原狀土試樣，在試樣兩端貼上濾紙；將滲壓容器與滲流管路及滲流計量管連通，使整個管路及滲壓容器內透水石得到充分排氣飽和，關閉閥門；將裝有土樣的環刀，刀口向上裝入滲壓容器內，并在環刀外面套上止水圈和定向墊片，壓緊，在試樣上端裝上透水石和傳壓活塞；通過調壓閥對試樣進行兩階段固結，第一次固結使試樣恢復土體天然自重應力狀態，第二次固結模擬降水后土體應力狀態；固結完成后，打開滲流閥門，開始后續滲流試驗。本發明考慮了基坑降水土含水量減小、有效應力增大、土固結壓密對滲透系數的影響，為基坑降水土滲透系數的準確選取提供了依據，從而為安全、經濟、合理地設計與施工軟土富水深基坑提供了保障。
文檔編號G01N15/08GK101915721SQ201010209039
公開日2010年12月15日 申請日期2010年6月24日 優先權日2010年6月24日
發明者丁春林, 葉丹, 姚笑青, 朱愷 申請人:同濟大學