孔内渗透变形试验方法研究

孔内渗透变形试验方法研究

衷从荥

安徽省水利水电勘测设计院安徽蚌埠233000

【摘要】：渗透变形试验是测定岩土层有渗流水通过时细颗粒随渗流逐渐流失的临界坡降（管涌）及土体整体浮动时的破坏坡降的一种试验，临界水力坡降与破坏水力坡降是水工渗流稳定计算时的重要参数。根据《土工试验规程》（SL237-1999）中《粗颗粒土的渗透及渗透变形试验》（SL237-056-1999）的方法，渗透变形试验使用垂直渗透变形仪，原状试样制备要人工开挖后用套筒和水泥砂浆封存，非常麻烦，并且运输时土样的结构容易受破坏，深部土体和地下水位以下的土体的试样难以制备。本文主要介绍地下水位以下的土层的渗透变形试验方法。

【关键词】：渗透变形试验临界水力坡降破坏水力坡降套管渗径

1试验方法简介

孔内渗透变形试验从方向上分两种：垂直向和水平向，本文主要介绍垂直向渗透变形试验。试验过程如下：1.对孔底进行清理，露出试验土层；2.钻孔套管下到孔底，压入一定深度，让套管内有一段土柱（试验段，长为L）；3.将钻孔电视的镜头对准孔底，以能看清土粒为宜；4.静置一段时间，等地下水位稳定，孔内水变清时，记录稳定水位H后开始抽水，通过钻孔电视仔细观察试验过程中的各种现象，如水的浑浊程度、冒气泡、细颗粒的跳动或被水流带走、土体悬浮等，每隔1min记录相应的地下水位Hi和抽水量Q，试样破坏时，试验结束，并记录破坏时的地下水位。地下水位观测可通过与套管连接的特制测压管进行观测。

图1单孔垂直向渗透变形试验示意图

其中：iF为破坏坡降，随着降深加大，细粒不断被带走，渗流加大，当试样失去抗渗强度，该坡降为破坏坡降iF

i’i为破坏时的水力坡降

i’i-1为破坏前一级的水力坡降

2应用条件分析

孔内渗透变形试验方法主要适用于埋深一般在3~6.5m而位于地下水位（埋深1~2m）以下的土层的渗透变形临界坡降与破坏坡降测试。

在实际工程地质勘察中，特别是闸基和泵站地基，表土层多数要被开挖掉，其下伏土层的物理力学参数对地基的渗流稳定计算至关重要，如果试验土层位于地下水位以下，常规的室内试验和采用开挖进行的现场试验就难以进行，孔内渗透变形试验则非常合适。

现场试验中应注意的事项：①试验应选择有代表性地层和渗流态条件的不同部位，如防渗墙底部、坝基内部段、水流出逸段、抗渗强度较低处等部位进行试验；②抽水流量应稍大于土的渗透流量，但不宜过大，一般控制在孔内水位下降速度为0.5cm/min为宜。③钻孔直径一般不宜小于130mm。

3实际应用效果检验

例一：芜湖市有一个排水闸站工程，涵闸底板高程约4.59m，泵房底板高程约5.10m，钻孔地面高程8.44m。地表土层重~中粉质壤土，灰黄色，可塑，层底高程6.94m。其下为淤泥质重粉质壤土，层底高程5.54m，处于涵闸和泵房底板处的土层为中细砂层，松散~稍密，饱和。地下水位高程6.04m。

2010年4月在现场GM11孔对中细砂层进行垂直向孔内渗透变形试验，压入土柱长度（渗径）L=15cm，进行孔内抽水，当地下水位降到5.99m，即⊿H=5.0cm时，通过钻孔电视观察，细颗粒开始被带出，土样上部水体变浑浊，于是临界坡降ik=0.30；当地下水位降到5.95m，即⊿H=9.0cm时，通过钻孔电视观察，土样出现破坏现象，于是破坏坡降iF=0.57。与用颗分曲线用经验公式计算结果ik=0.33基本一致。

例二：铜陵市有一个水库工程，溢洪道消力池底板高程约15.25m，钻孔地面高程17.84m。地表土层重~中粉质壤土，灰黄色，可塑，层底高程16.95m。其下处于消力池底板处的土层为粉细砂层，松散~稍密，饱和。地下水位高程16.16m。

2010年6月在现场ML5孔对粉细砂层进行垂直向孔内渗透变形试验，压入土柱长度（渗径）L=18cm，进行孔内抽水，当地下水位降到16.11m，即⊿H=5.0cm时，通过钻孔电视观察，细颗粒开始被带出，土样上部水体变浑浊，计算临界坡降ik=0.25；当地下水位降到16.08m，即⊿H=8.0cm时，通过钻孔电视观察，土样出现破坏现象，计算破坏坡降iF=0.42。与用颗分曲线用经验公式计算结果ik=0.24基本一致。

4误差分析

孔内渗透变形试验的系统误差主要来源于对原土层的扰动，减小扰动的方法有：①减小套管压入口管壁的厚度，②增加试验土柱的直径，③孔底清理要彻底。

其测量误差中影响最大的是对水头差的测量和渗透变形的观察判别，水位观测可以用电测水位计减少误差，抽水设备可根据不同的土层选用地面离心泵和潜水泵，提高试验精度。

5结语

孔内渗透变形试验方法是我们在实际工作中的总结，并在实际实用中得到证明的一种行之有效的现场试验方法，能够弥补室内渗透变形试验的诸多不足，具有明显的技术优越性、经济合理性和推广价值。

参考文献

[1]中华人民共和国水利部，水利水电工程注水试验规程（SL345-2007），中国水利水电出版社，2008.2

[2]中华人民共和国水利部，水利水电工程钻孔抽水试验规程（SL320-2005），中国水利水电出版社，2005.4

[3]中华人民共和国水利部，土工试验规程（SL237-1999），中国水利水电出版社，1999.3

[4]卢廷浩等，土力学，河海大学出版社

[5]薛禹群等，地下水动力学，地质出版社

作者简介：衷从荥（1984.5），男，工程师，主要从事水利水电工程地质勘察工作