摘要：结合土工合成材料渗透性能检测问题，本文分别对国内外土工合成材料渗透性能测试规程中的检测方法展开了研究，发现国外标准采用恒水头法和降水头法，国内只采用恒水头法，除了采用渗透系数还需完成压差指数、透水率等指标的评定，因此在检测条件等方面难以统一，需要结合实际需求选择。
关键词：土工合成材料；渗透性能；检测方法
引言：在工程建设过程中，采用的与土、岩、石或其他材料接触的聚合物材料均为土工合成材料，如土工膜、土工织物等，具有防渗功能。实际在材料使用过程中，为保证材料质量符合要求，需要加强渗透性能检测。因此，还应加强土工合成材料渗透性能检测方法研究，从而为材料质量管理提供科学依据。
1土工合成材料渗透性能检测问题
作为由多种材料合成得到的材料，土工合成材料能够在土体内部和表面使用，普通岩土工程材料没有的性能，如排水、防渗、放滤、隔离等。而伴随着研发工作的持续开展，各种各样的土工合成材料得到了应用，在材料力学特性方面呈现出一定差异。渗透性能作为土工合成材料性能检测的关键指标之一，需要通过必要的检测获得性能参数，确认材料性是否可以满足工程使用要求。在检测方法上，国内外提出了各种测试方法标准，在构成、内容、技术指标参数等各方面存在区别。在国际化工程中，还要加强不同检测方法的研究，以便结合工程建设情况进行适合方法的科学运用，同时推动国内标准的国际化发展，从而使材料评价指标逐步得到统一，为土工合成材料在国际上的推广应用奠定扎实基础。
2土工合成材料渗透性能检测方法
2.1 ISO检测
针对除含有膜类材料以外的任何土工织物，都可以采用国际ISO检测标准进行垂直渗透特性和水平渗透特性的检测。垂直渗透系数作为关键指标，在系列恒定水头下可以对水流垂直通过单层土工合成材料（无法向荷载）的流速指数等渗透特性进行测定，两侧水头差为50mm，应精确至1mm/s[1]。在实际操作过程中，渗透仪器使用需要严格按照ISO规程进行，保证测试结果准确性。除了采用恒水头法，还可以采用降水头法，在改变水头高度的过程中，利用测定装置进行水头变化的记录，精度需要达到0.2mm。实际在方法选用中，如果材料渗透系数较大，流速变化将对水位变化读取产生影响，因此还应采用恒水测试方法。对材料水平渗透性能进行检测，需要在规定接触条件和水力梯度下对法向压力进行调节，然后对材料平面内的水流量进行检测。测试期间仪器水头不能超过100mm，应保持水头恒定，提供至少0.1和1.0两个水力梯度。持续进行法向压力加载，还应避免引起材料变形。在施加20kPa、100kPa和200kPa法向压力时，应达到±5%的精确度，并保证仪器密封性能良好，渗透速率不超过0.2ml/s。在检测期间，用水、取样和操作等各方面都要满足规程要求，应注意防止边界漏水，在压力调整到指定数值后需要保持360s。不同于国内标准只采用恒水头法，ISO标准对恒水头法和降水头法的检测过程均作出了详细规定，实际应用时需要结合需求进行检测方法的选择。
2.2 ASTM检测
在土工织物、土工膜渗透性能检测上，均可以采用美国的ASTM检测规程。针对土工织物，可以采用静水头测试法，在水头不变的情况下，完成水头与流量关系的检测。检测期间需要将试样浸泡在脱气水中，初始水头为50mm。采用试管将试样与真空源连接，将气体排尽后，可以进行水头调节，完成时间、流量、水温的记录[2]。将检测得到的数据与仪器水流能力进行比较，可以计算得到材料平均渗透率。采用变水头检测方法，需要使出水口位于材料平面以下，然后对水面进行调节。根据水头变化值、试样过水面积、上直管面积等参数，能够完成渗透率的计算。如式（1）所示，渗透率为Ψ，h0和h1分别为初始水头和终止水头，A为试样过水面积，a为试样上直管面积，t为水头变化时间，Rt为温度修正因子。在水平渗透性能测试上，采用ASTM提出的方法需要在一定法向应力和水平梯度下，利用固定时间内过水量对水平向渗透系数进行求取，实际需要结合材料情况进行水力梯度和试样接触面确认，规定最小法向应力为10kPa。
（1）
采用ASTM方法进行土工膜渗透性能测试，可以采用干燥剂法和蒸发法，前者需要用试样封住装有干燥剂的测试杯，然后在可控环境中定期称重，确定水蒸气运动速率，以完成水蒸气渗透系数检测。采用蒸发法需要利用试样封住装有蒸馏水的测试杯，然后对水蒸气运动速度进行检测。此外，按照ASTM标准需要完成耐静水压力测试，可以采用水压力试验机测试，也可以在不断增加水柱高度的条件下进行静水压力调整，从而实现材料渗透性能检测。水柱高度调节应达到0.01kPa的精确度，需要对试样下表面出现第一滴水的时间进行记录。
2.3国标检测
在国内土工合成材料渗透性能检测上，可以采用国标GB/T15789标准。与国际ISO标准相比较，国标检测方法同样可以在除含膜类材料的任何土工织物渗透性能检测中得到使用，但是需要对100mm和150mm等水头差条件下的流速进行测试，测试精度为1mm，需要完成渗透系数和渗透率的计算。采用国标对土工合成材料水平渗透性能进行检测，采用的方法与ISO标准相同。针对土工织物，需要保证厚度相同，才能减少测量误差。而材料导水率为单宽流量与水力梯度的比值，除以土工织物厚度为水平渗透系数。在水量测试上，针对高透水性材料至少需要达到5s，透水性较低需要达到600s以上，各项规定均与ISO标准相同。针对土工膜渗透性能进行检测，采用国标方法需要完成耐静水压力测试和渗透系数测试。在耐静水压力检测中，需要在试样两侧保持固定水力压差，然后按照0.1MPa的级差逐级增压，各级保持1h以上，直至渗水，承受的最大水力压差为耐静水压，精度应达到0.1MPa。在渗透系数测试上，由于一定压力水差下土工合成材料将产生微小渗流，因此可以在规定压差下对固定时间内的渗流量进行测定。结合检测结果和试样厚度，可以得到材料的渗透系数。针对土工膜进行测试，需要在0-2MPa范围内调压，精度达到±2%。如式（2）所示，k为渗透系数，V指的是t时间内的渗流量，h为材料在压力△P下的厚度，η为水的粘滞系数比，t为检测时间，A为有效渗流面积，△P为试样两侧水压力差。
（2）
2.4规程检测
针对土工合成材料，国内也可以按照材料测试规程SL/T235-2012进行材料渗透性能检测。按照规程要求，需要保持常水头完成垂直渗透系数和透水率测试，水头变化范围为1-150mm。应用该方法，需要采用脱气水或蒸馏水，将试样浸泡在水中将气泡赶出，使渗透仪注满水后按照规程操作要求进行检测。在检测过程中，需要反复进行上下游水位的调节，保证水位差稳定后进行渗透水量的测定，并通过改变水力梯度对其与渗透流速间的关系进行测试分析。采用SL/T235-2012进行材料水平渗透性能检测，需要在恒水头下对一定法向压力作用下的材料渗透系数和导水率进行测试[3]。应保证检测仪器密封性良好，检测期间水位差不变，满足水力梯度达到1.0的条件，而法向压力在10-250kPa范围。在试样浸泡水中后，施加2-5kPa压力后将脱气水中气泡排出，然后结合现场情况进行法向压力选择，持续施加15min压力，在水位达到要求水力梯度后可以对渗透水量进行测读。反复增压和测定各水力梯度下的渗透水量，能够得到水平渗透系数和导水率。
结论：综上所述，在土工合成材料渗透性能检测方面，国内外采用的方法存在一定差异。实际在方法选用上，还要结合工程所在国家和地区进行相应方法的选择，同时需要结合经验进行方法完善，以便使材料性能能够达到工程建设要求，继而为工程建设质量提供更多保障。
参考文献：
[1]徐超,叶敏,梁程.国内外土工合成材料测试标准的对比分析[J].佳木斯大学学报(自然科学版),2018,36(05):667-671.
[2]李泽君.基于垂直渗透仪测定土工合成材料黏土垫方法的分析[J].建材与装饰,2018(36):50-51.
[3]张岩.浅谈土工合成材料性能检测现状[J].黑龙江科技信息,2016(05):46.
论文作者:杨泽伟
论文发表刊物:《基层建设》2019年第22期
论文发表时间:2019/10/29
标签：材料论文; 水头论文; 试样论文; 性能论文; 系数论文; 土工合成论文; 测试论文; 《基层建设》2019年第22期论文;