专利名称：一种砂砾石料渗透稳定性测试方法
技术领域：
本发明属于岩土工程基本土工试验中粗粒土渗透稳定性测试的岩土工程技术领域，涉及砂砾石料渗透稳定性测试方法。
背景技术：
无粘性砂砾石料粗粒土在工程建设中经常遇到，通过石料粉碎机直接破碎成砂砾建筑材料，应用于山区高速公路路基填筑、大型堆石坝堆石料、江河湖海护岸护提工程等， 在各类工程建设中，特别是道路工程中，无粘性砂砾石料粗粒土的用量比粘性填土大很多， 基础工程建设中应用十分广泛。无粘性砂砾石料粗粒土与其它土类相比，具有抗剪强度高， 承载力大，压缩性小的优点。但也存在均勻性差，抗渗性能低，在水流作用下极易发生管涌破坏等缺点。砂砾石料粗粒土由于天然级配不良，或填筑后部分细颗粒损失引起填筑的砂砾石料粗粒土粒径分布不均，缺失中间粒组。山区修筑高等级公路时采用级配不良砂砾料修筑的路基，强降雨后山坡向路基一侧可能会形成积水，并沿路基横向产生渗流，导致路基发生渗透变形，引起路基产生不均勻变形、路面裂缝和路基边坡塌滑等自然病害。因而有必要测定砂砾石料粗粒土水头作用下的渗透稳定性，以提出合理化的工程加固措施与具体现场施工工艺预防灾害发生。目前常用测定土体渗透系数及渗透变形的仪器主要有70型渗透仪、南55型渗透仪和垂直渗透变形仪等。70型渗透仪适用于测定砂性土的渗透系数，南55型渗透仪适用于测定黏性土的渗透系数，垂直渗透变形仪适用于测定粗颗粒土的垂直渗透系数和渗透变形。从适用范围来看，以上试验仪器均无法测试砂砾石料粗粒土渗透变形情况，更无法评价砂砾石料粗粒土一定荷载作用下渗透稳定性指标。新开发的砂砾石料渗透稳定测试仪能够测定砂砾石料渗透稳定性指标，但具体试验流程、试验注意事项、试验结果处理、渗透稳定性指标的获得等尚处于空白状态，有必要从试验原理与渗透稳定性指标获得方面进行规范，形成粗粒土渗透稳定性指标测定试验规范。
发明内容
本发明的目的在于形成一整套新型室内测定土体渗透稳定性指标测定试验规范， 对试验中出现问题，注意事项等进行归纳总结，形成系统科学的渗透稳定性试验方法，具有试验步骤设置科学合理、数据采集准确可靠、处理结果稳定性好，满足室内与现场粗粒砂砾石料渗透稳定性指标测定要求。本发明采用如下技术方案
一种砂砾石料渗透稳定性测试方法，砂砾石料渗透稳定测试仪，包括土样渗透加载桶， 所述的土样渗透加载桶包括泥砂沉淀分离箱，荷载加压器，有机玻璃防护罩，钢性透水隔板，钢板底座，出水口，导水管，溢水管，三角溢水口，质量测量器，括钢柱支座；所述的有机玻璃防护罩内布置两块钢性透水隔板，两块钢性透水隔板之间填充砂砾，砂砾上方钢性透水隔板上布置荷载加压器，有机玻璃防护罩的下端布置钢板底座，钢板底座上布置出水口， 出水口通过导水管与泥砂沉淀分离箱的进水口连接，泥砂沉淀分离箱的上方布置溢水管， 泥砂沉淀分离箱放置在质量测量器上，砂砾下方的钢性透水隔板与钢板底座之间布置钢柱支座，三角溢水口布置在有机玻璃防护罩侧壁的上端，位移测量器与荷载加压器、砂砾上方钢性透水隔板相连；
基于上述砾石料渗透稳定测试仪的测试方法，包括如下步骤 1)、往土样渗透加载桶注入清水用于检测土样渗透加载桶的封闭性； 2 )、检测土样渗透加载桶密封完好后，放出土样渗透加载桶内部分水，土样渗透加载桶内剩余的清水距离底部为5CM-10CM ；
3)、将待测试砂砾料放入土样渗透加载桶中压实；并放出土样渗透加载桶底部水；
4)、再次往装有砂砾土料的土样渗透加载桶内注入清水，直到淹没砂砾土料层上表面， 完成砂砾料饱和过程；
5)、往泥砂沉淀分离箱注入清水，通过质量测量器测量泥砂沉淀分离箱的实时质量数
值；
6)、将土样渗透加载桶与泥砂沉淀分离箱连接，通过荷载加压器向土样渗透加载桶内施加压力，加压过程中，持续向土样渗透加载桶内注水，应用水头差使砂砾土料渗滤水通过泥砂沉淀分离箱的出水口溢水；
7)、等待泥砂沉淀分离箱溢水恒定后，记录不同时间段位移测量器与质量测量器的读
数；
8)、荷载加压器对土样加压过程中，判断土样沉降位移是否突然增大，若判断为是，则认为土样承载力丧失，即实验结束；若判断为否，则继续加压。有益效果
土样渗透加载筒上部稳定进水区与泥砂沉淀分离箱均设置溢流装置，实现对渗透水头与进水量控制，渗流水头可通过两者之间相对位置关系控制。填料压实完成后，关闭导水管阀门，对砂砾石料缓慢无荷浸水预饱和，排出填料中空气，同时保证粉细颗粒不因为浸水饱和意外流失。渗滤浑水经导水管由底部进入泥砂沉淀分离箱，通过重力分离作用，泥水反向分离，泥砂分离充分，效果好，上层清水经溢流管上升排出。荷载加压系统荷载大小由砝码数量控制，砂砾石料沉降量由位移量测星空控制， 泥砂沉淀分离箱质量变化由质量量测系统记录，设计试验流程能够满足多种试验数据的同时记录，数据可靠性高。
图1是本发明的砂砾石料渗透稳定测试仪结构示意图中1是土样渗透加载桶，砂沉淀分离箱，3是荷载加压器，4是位移测量器，5是进水口，6是有机玻璃防护罩，7是钢性透水隔板，8是沙砾料，9是钢板底座，10是出水口，11是导水管，12是溢水管，13是三角溢水口，14是质量测量器，16是钢柱支座。
具体实施例方式下面结合
对本发明进一步详细说明
如图1所示一种砂砾石料渗透稳定性测试方法，砂砾石料渗透稳定测试仪，包括土样渗透加载桶1，所述的土样渗透加载桶1包括泥砂沉淀分离箱2，荷载加压器3，有机玻璃防护罩6，钢性透水隔板7，钢板底座9，出水口 10，导水管11，溢水管12，三角溢水口 13，质量测量器14，括钢柱支座16。所述的有机玻璃防护罩6内布置两块钢性透水隔板7，两块钢性透水隔板7之间填充砂砾，砂砾上方钢性透水隔板7上布置荷载加压器3，有机玻璃防护罩6的下端布置钢板底座9，钢板底座9上布置出水口 10，出水口 10通过导水管11与泥砂沉淀分离箱2的进水口连接，泥砂沉淀分离箱2的上方布置溢水管12，泥砂沉淀分离箱2放置在质量测量器14 上，砂砾下方的钢性透水隔板7与钢板底座9之间布置钢柱支座16，三角溢水口 13布置在有机玻璃防护罩6侧壁的上端，位移测量器4与荷载加压器3、砂砾上方钢性透水隔板7相连；
基于上述砾石料渗透稳定测试仪的测试方法，包括如下步骤
1)、往土样渗透加载桶1注入清水用于检测土样渗透加载桶1的封闭性；
2)、检测土样渗透加载桶1密封完好后，放出土样渗透加载桶1内部分水，土样渗透加载桶1内剩余的清水距离底部为5CM-10CM ；
3)、将待测试砂砾料放入土样渗透加载桶1中压实；并放出土样渗透加载桶1底部水；
4)、再次往装有砂砾土料的土样渗透加载桶1内注入清水，直到淹没砂砾土料层上表面，完成砂砾料饱和过程；
5)、往泥砂沉淀分离箱2注入清水，通过质量测量器14测量泥砂沉淀分离箱2的实时质量数值；
6)、将土样渗透加载桶1与泥砂沉淀分离箱2连接，通过荷载加压器3向土样渗透加载桶1内施加压力，加压过程中，持续向土样渗透加载桶1内注水，应用水头差使砂砾土料渗滤水通过泥砂沉淀分离箱2的出水口溢水；
7)、等待泥砂沉淀分离箱2溢水恒定后，记录不同时间段位移测量器4与质量测量器14 的读数；
8)、荷载加压器3对土样加压过程中，判断土样沉降位移是否突然增大，若判断为是， 则认为土样承载力丧失，即实验结束；若判断为否，则继续加压。砂砾石料渗透稳定测试仪初步组装流程
取清洗干净干燥状态的钢板底座9，将有机玻璃筒护罩6通过止水橡胶带与钢板底座9 上卡槽固定连接，关闭导水管阀门11，试水检验水封闭性，试水完成后钢板支座上保留5cm 深清水，放置底刚性透水隔板7，调整水平。砂砾石料填料与预饱和流程
底钢性透水隔板7上填筑砂砾石料8，分层填料压实，直至预定高度。打开导水管，直接将底层浑水收集区浑水排出(非泥砂沉淀分离箱)，清洗底板下出水口附近底泥。关闭导水管阀门11，打开进水管阀门5，缓慢进水，直至液面逐渐淹没砂砾填料上表面，完成土样预饱和过程，关闭进水管阀门5。
荷载加压与稳定渗流操作流程
放置上刚性透水隔板7，设置荷载加压系统3与沉降位移量测系统4，调整位移量测系统初始读数为0。将导水管11下接口与泥砂沉淀分离箱2连接，沉淀分离箱2充满清水，直至上溢流管12管口，质量量测系统14记录起始泥砂沉淀分离箱质量％。根据试验设计，荷载加压系统加荷，分30kPa，50kPa, IOOkPa, 200kPa, 400kPa, 800kPa等几个荷载等级进行加载，加荷完成后，立即打开进水管阀门5，三角溢流堰13开始溢水后打开导水管阀门11。位移与质量量测流程
泥砂沉淀分离箱2之上的上溢流管12溢流恒定后，按0. 25h、0. 5h、l. 0h、2h、4. Oh,8. Oh 等时刻记录位移量测系统4读数」//与质量量测系统14读数」 。试验结束
若加载渗透试验过程中出现沉降位移突然增大，砂砾料承载力丧失现象，则结束试验。 当质量量测系统读数长时间保持为常数且试验时间超过8h仍为出现承载力丧失现象则结束试验。首先拆除荷载压力加载系统，随后位移量测系统，清除填筑土样后清洗试验设备， 准备下一轮试验。试验数据处理流程
根据试验得到数据得到不同载荷情况下砂砾石料高度//与粉细颗粒损失量《之间关系曲线，其中
H =H0-AH
ys ~ K
式中，#为砂砾土料实际高度(mm)；炼为砂砾土料初始填筑高度(mm)；」#为位移两侧系统实时读数(mm) 为粉细颗粒损失质量(g)；」 为质量量测系统实时读数(g) 为土粒比重(2.60<ys<2.75) 为水比重 V =1.0.由沉降曲线曲率变化突变点得到临界粉细颗粒损失量指标，根据不同载荷情况下临界粉细颗粒损失量指标得到压力荷载与渗透稳定性指标之间关系，得到不良级配砂砾石料渗透稳定性指标。砂砾石料高度有位移量测结果与初始高度值反算确定，粉细颗粒流失量通过泥砂沉淀分离箱质量该变量换算得到，粉细颗粒与水之间存在同体积置换现象，根据公式 m=Amy/{y-yr)计算；根据位移量测过程结果与粉细颗粒渗滤损失量计算结果，绘制砂砾石料不同荷载下高度与粉细颗粒损失量之间关系曲线，得到砂砾石料渗透破坏临界指标。形成系统科学的渗透稳定性试验方法，具有试验步骤设置科学合理、数据采集准确可靠、处理结果稳定性好，满足室内与现场粗粒砂砾石料渗透稳定性指标测定要求。
权利要求
1. 一种砂砾石料渗透稳定性测试方法，其特征在于砂砾石料渗透稳定测试仪，包括土样渗透加载桶(1 )，所述的土样渗透加载桶(1)包括泥砂沉淀分离箱(2)，荷载加压器 (3)，有机玻璃防护罩(6)，钢性透水隔板(7)，钢板底座(9)，出水口(10)，导水管(11)，溢水管(12)，三角溢水口(13)，质量测量器(14)，括钢柱支座(16);所述的有机玻璃防护罩(6) 内布置两块钢性透水隔板(7)，两块钢性透水隔板(7)之间填充砂砾，砂砾上方钢性透水隔板(7)上布置荷载加压器(3)，有机玻璃防护罩(6)的下端布置钢板底座(9)，钢板底座(9) 上布置出水口(10)，出水口(10)通过导水管(11)与泥砂沉淀分离箱(2)的进水口连接，泥砂沉淀分离箱(2)的上方布置溢水管(12)，泥砂沉淀分离箱(2)放置在质量测量器(14)上， 砂砾下方的钢性透水隔板(7)与钢板底座(9)之间布置钢柱支座(16)，三角溢水口(13)布置在有机玻璃防护罩(6)侧壁的上端，位移测量器(4)与荷载加压器(3)、砂砾上方钢性透水隔板(7)相连；基于上述砾石料渗透稳定测试仪的测试方法，包括如下步骤1)、往土样渗透加载桶(1)注入清水用于检测土样渗透加载桶(1)的封闭性；2)、检测土样渗透加载桶(1)密封完好后，放出土样渗透加载桶(1)内部分水，土样渗透加载桶(1)内剩余的清水距离底部为5CM-10CM ；3)、将待测试砂砾料放入土样渗透加载桶(1)中压实；并放出土样渗透加载桶(1)底部水；4)、再次往装有砂砾土料的土样渗透加载桶(1)内注入清水，直到淹没砂砾土料层上表面，完成砂砾料饱和过程；5)、往泥砂沉淀分离箱(2)注入清水，通过质量测量器(14)测量泥砂沉淀分离箱(2)的实时质量数值；6)、将土样渗透加载桶(1)与泥砂沉淀分离箱(2 )连接，通过荷载加压器(3 )向土样渗透加载桶(1)内施加压力，加压过程中，持续向土样渗透加载桶(1)内注水，应用水头差使砂砾土料渗滤水通过泥砂沉淀分离箱(2)的出水口溢水；7)、等待泥砂沉淀分离箱(2)溢水恒定后，记录不同时间段位移测量器(4)与质量测量器(14)的读数；8)、荷载加压器(3)对土样加压过程中，判断土样沉降位移是否突然增大，若判断为是， 则认为土样承载力丧失，即实验结束；若判断为否，则继续加压。
全文摘要
本发明属于岩土工程基本土工试验中粗粒土渗透稳定性测试的岩土工程技术领域，涉及砂砾石料渗透稳定性测试方法。步骤分为检测仪器密封性、清洗仪器、填充测试料、通过仪器测定数值、计算测定出测试料的承载力等。本发明实现对渗透水头与进水量控制，渗流水头可通过两者之间相对位置关系控制。渗滤浑水经导水管由底部进入泥砂沉淀分离箱，通过重力分离作用，泥水反向分离，泥砂分离充分，效果好，荷载加压系统荷载大小由砝码数量控制，砂砾石料沉降量由位移量测星空控制，泥砂沉淀分离箱质量变化由质量量测系统记录，设计试验流程能够满足多种试验数据的同时记录，数据可靠性高。
文档编号G01N15/08GK102175585SQ201110029428
公开日2011年9月7日 申请日期2011年1月27日 优先权日2011年1月27日
发明者叶琼瑶, 张文慧, 张福海, 王保田, 蓝日彦 申请人:河海大学