摘要：土工试验是岩土工程勘测的重要组成部分，是野外勘察工作的持续，在工程设计和施工中有着非常重要的意义。土工试验可提供土的物理力学性质指标，不仅供设计计算时使用，其结果更是能对工程的勘察效果产生巨大影响。其试验是土力学的基本内容，而其中土的力学试验又是土工实试验的一个重要分支。
关键词：渗透试验，土工实验，影响因素
土的渗透性，即为土本身具有的可以透过水的性能。渗透性质是土体研究的重要力学指标参数，一定程度上反映了土的强度、可固结程度以及可变形程度等特质，与土的变形试验、强度试验并称为土体的三大力学指标。渗透试验的结果为某土样的渗透系数，其定义为单位水力坡降的渗透流速，常以cm/s 作为单位。
渗透试验的分类也有很多，按试验操作地点可分为野外渗透试验和试验室渗透试验，试验室渗透试验又分为常水头和变水头渗透试验，野外渗透试验可分为试坑法、单环法以及双环法渗透试验。
本文主要研究试验室内变水头渗透试验常规试验操作中一些操作步骤的细小误差对土渗透系数检测的影响。
1.变水头渗透试验简介
1.1渗透原理
大多自然土体都是三相体，即由固液气三相物质组成，固相土颗粒在其中的作用像是骨架，其间的缝隙可供液体以及气体流动，所以土体必然存在渗透性。更是由于土颗粒间液体的流动，导致了土中水压力的变化，从而影响着土的承载力。所以渗透系数是建筑设计施工过程中必须考虑的重要参数。
1.2试验原理
变水头实验装置简图如图1，水从一根直立的带有刻度的玻璃管和U形管自下而上流经土样。试验时，将玻璃管充水至需要高度后，开动秒表，测记起始水头差△h1，经时间 t 后，再测记终了水头差△h2，通过建立瞬时达西定律，即可推出渗透系数 k 的表达式。
设试验过程中任意时刻 t 作用于两段的水头差为△h，经过时间dt后，管中水位下降dh，则dt时间内流入试样的水量为
dVe = －a dh
式中 a 为玻璃管断面积；右端的负号表示水量随△h的减少而增加。
根据达西定律，dt时间内流出试样的渗流量为：
dVo = k*i*A*dt = k*（△h/L）*A*dt
式中，A——试样断面积；L——试样长度。
根据水流连续原理，应有dVe = dVo，即得到
k = （a*L/A*t）㏑（△h1/△h2）
或用常用对数表示，则上式可写为
k = 2.3*（a*L/A*t）㏒（△h1/△h2）
图1变水头渗透试验装置简图
2. 对于直接剪切试验的主要影响因素，影响方式，影响大小分析
2.1原状土样获取的影响
土工试验室得到的待测试的土样，都是由地质勘察人员在野外现场通过机械设备直接钻取的圆柱体土样。通常此土样通过运输至试验室时与其自身原本所处于的地层深度、结构现状、环境状态是一致的，可称其为原状样。在这种状态下测得的渗透系数才能客观反映土的原始的真实的力学性能。但是，由于现实取土过程中存在种种的的机械或是人为的操作影响，往往致使待测样品在到达试验室之前就产生了形变，我们称之为扰动，其表现为土样包装的部分缺失、土样的形变等等。
试样的形变对于渗透系数的测试结果影响明显，几乎所有的原状土样是在重力作用下，由圆柱体变为梯形柱体，使得土体内部结构发生搓动，影响其密度的均匀性，由于搓动产生的较大过水空袭以及由于密度不均导致的稀疏土体必然会加大原本土体的透水性能，使得测试结果偏大。
2.2试验所需土样制备的影响
试验室得到原装试样以后，会安排试验员对试样进行切割。大致过程为：将内壁涂有凡士林的环刀（土样切割容器）根据实验需要垂直或水平压入待测圆柱土体之中，然后用钢丝锯将环刀两侧刮平备用。
2.2.1凡士林的影响
环刀内壁涂抹凡士林，即是为了降低试样与金属间的摩擦，从而降低环刀下刀时对土样的扰动；又是为了增加土体和环刀之间的亲和度，由于土和金属间的相性很差，切土过程中就难免会导致两者之间的缝隙过大，凡士林可以起到连接剂的作用。如果未涂抹凡士林或凡士林涂抹不均匀，下刀时较稀松的试样将会有部分土体脱落或试样与环刀间缝隙过大，导致较大过水空洞的出现，从而使渗透系数测试结果偏大。
2.2.2入刀角度的影响
如果在试样制备过程中未能将环刀垂直或水平压入土体，将导致土样和环刀间有较大缝隙，同样存在上述情况，使得渗透系数偏大；即使发现缝隙，在渗透式样的制备过程中也是禁止用修土刀反复涂抹的，反复涂抹会使试样表面土颗粒多孔介质结构变得密实，使得其透水性下降，而使测试值偏小。
2.3实验过程中的影响
2.3.1试样饱和程度的影响
理论上在渗透试验开始记录数据时，土体以及达到饱和状态，即三相的土体中，气相已经被排除，只剩下固相和液相。饱和土体所测得的渗透数据才是稳定的连续的，但由于某些较为密实的土体饱和处理过程做的不够彻底，在渗透实验开始时使得其还存在气体在其中，在渗透过程中就需要先排除气体，但身为实验员很难判断其真正的饱和状态，固直接读取数据会导致结果产生误差。
2.3.2温度的影响
由于水的动力粘滞系数和粘滞系数比都会受到温度的影响，所以在进行渗透试验时，不同的温度也对应着不同的温度校正值。规范规定了温度的大小为读取数值时，出水口温度的即时值。但渗透试验对于时间的记录并不是一个时间点而是一个时间段，对于粘性较大，较密实的土样这个时间段将较长（读取数据间隔时间长），反之则读取时间较短，其间的温度也必定经历了不同的温差以及温度跨度，此时只记录一个温度点显然会造成系统误差。
3.针对上述各影响的改进方法或注意事项
3.1野外取土
目前，较为完善的野外取样技术是薄壁取土技术，是可以取到最接近原状样的方法，以至于密封前后由于重力引起的土体的扰动，在室内土工试验进行前可以用再固结的方法减小甚至消除其影响。
3.2试样制备
环刀在使用前应该冲洗擦拭干净并充分烘干，之后再在内壁上均匀涂抹凡士林，以至于凡士林会更加均匀且不会脱落；环刀进入土体前应用双手手掌压紧，使其受力均匀，垂直或水平地进入土体。
3.3温度的影响
建议多次测量温度，取其最概然温度应更为合理。
4.结束语
本文对土工试验室中变水头渗透试验的各方面影响进行了分析和讨论，在实际试验中，在遵从实验操作规程的同时，我已经将上述改进方法应用在操作里，并取得了不错的效果，一定程度上减小了渗透试验的误差，进一步保证了土工实验数据的准确性，希望本文的结论可以给相关技术研究人员提供参考。
参考文献：
[1]刘小龙. 土的不同渗透试验方法应用与研究[J]. 勘察科学技术，2011，（03）：36-39.
[2]中华人民共和国水利部. GBT50123_1999土工试验方法标准.
论文作者:孙玉哲
论文发表刊物:《建筑模拟》2018年第14期
论文发表时间:2018/8/29
标签：试样论文; 水头论文; 土工论文; 凡士林论文; 系数论文; 温度论文; 试验室论文; 《建筑模拟》2018年第14期论文;