(一)等效孔径
1.方法及适用范围
土工织物以及土工复合材料等均具有各种形状和大小不同的孔径,其孔径大小的分布曲线类似于土的颗粒级配曲线。能等效通过土工织物的近似最大颗粒直径,称其为等效孔径,通常以Oe表示,单位为mm,下标e表示织物孔径的分布情况,例如O90表示织物中90%的孔径低于该值。
土工织物的孔径反映织物的透水性能与保持土颗粒的能力,它是一个重要的特征指标。目前,常用土工织物孔径的测定方法有干筛法和湿筛法,国内主要采用干筛法,适用于有孔隙的土工合成材料。
2.试验设备及用具
①标准筛振筛机:横向振动频率:220次/min ± 10次/min;回转半径:12mm ± 1mm。垂直振动频率:150次/min±10次/min;振幅:10mm±2mm;
②试验筛:直径200mm;
③电子天平:称量200g,精度为0.01g;
④标准颗粒材料:通常可用玻璃珠或圆形砂粒,根据标准筛的孔径分级制备。标准颗粒材料粒径分组如下(单位:mm):0.045~0.063、0.063~0.071、0.071~0.090、0.090~0.125、0.125~0.180、0.180~0.250、0.250~0.280、0.280~0.355、0.355~0.500、0.500~0.710;
⑤计时器、细软刷子、剪刀等。
3.试验步骤
进行等效孔径试验需裁取直径大于试验筛的圆形试样5×n个(n为选取的粒径级数);完成调温调湿及去静电处理后,将试样放入筛网上固定。称量颗粒材料50g,均匀撒布在单个试样表面。将装好试样的试样筛、接收盘和筛盖夹紧装入振筛机上,开启机器,以规定频率、回转半径、振幅振筛10min,停机后,称量通过试样的颗粒材料质量。再用另一级颗粒材料重复试验,以3~4级连续分级颗粒的过筛率绘制孔径分部曲线,在曲线上查找计算对应的等效孔径值。所有试样测试完毕后可计算该样品过筛率平均值、标准差及变异系数。
按下式计算过筛率,
式中 B——某组标准颗粒材料通过试样的过筛率,%
mP——某组标准颗粒材料通过试样的过筛量,g
mT——每次试验用的标准颗粒材料量,g
4.试验说明
目前土工织物孔径的测定方法有直接法和间接法两大类,直接法包括显微镜法、投影放大测读法;间接法有干筛法、湿筛法,水动力法等,国内常规测试以干筛法为主,虽然干筛法试验易受静电效应、温湿度影响,有一定的离散性,但相对其他方法而言,其试验操作比较简单,设备较为成熟,并积累了较多的工程测试经验。测试中应注意:如采用同一块土工织物试样对不同级别的颗粒材料进行振筛,试验结果的规律性会更好。但当嵌入试样的颗粒不易清除导致试样不能重复使用的情况,则需要另换试样进行振筛,这时会出现异常情况,如颗粒粒径大的过筛量可能多而颗粒粒径小的过筛量反而少,给数据处理带来困难,可先将各组平行试验各级粒径的过筛率进行平均,由此做出总平均孔径分布曲线。此外目前国内标准对干筛法中的颗粒粒径取值存在一定的区别,如2012年水利部标准SL 235—2012提出颗粒粒径以颗粒分组的上下限值和过筛率进行线性内插得到,以减少试验误差,这将是今后相关标准修订的一个方向。
图11-2-25 等效孔径分布曲线
5.相关标准
①《GB/T 14799—2005土工布及其有关产品 有效孔径的测定干筛法》;
②《SL 235—2012土工合成材料测试规程》;
③《JTG E50—2006公路工程土工合成材料试验规程》;
④ASTM D4751—16 Standard Test Methods for Determining Apparent Opening Size of a Geo-textile。
(二)垂直渗透系数
1.测试方法及适用范围
垂直渗透系数是指水流垂直于土工合成材料平面,在水力梯度等于1时的渗透流速,通常以cm/s表示。
土工合成材料的渗透特性是其重要水力学特性之一,在过滤标准及其有关水力学设计中,是一项不可缺少的重要指标。如土工织物用作反滤材料时,水流的方向垂直于土工织物的平面,此时要求土工织物既能土颗粒随水流失,又要求其具有一定的透水性。垂直渗透系数参数即主要用于反滤设计,以确定土工织物产品的渗透性能。同时,可以用于反映土工织物渗透性能的参数还有透水率、流速指数。透水率是指水流垂直于土工织物平面,单位水位差下的渗透流速,通常以1/s表示;流速指数是指试样两侧在规定水头差下的流速,一般取50mm水头差,也可取100mm、150mm水头差,通常以cm/s表示。
目前对于土工合成材料垂直渗透特性的测试方法有两种:一种为恒水头法,也称常水头法,即试样是在系列恒定水头差下进行试验;一种为降水头法,也称变水头法,即试样是在连续下降水头差下进行试验。国内常规均采用恒水头法进行试验检测。
该试验适用于具有透水功能的土工织物及片状土工复合材料。
2.试验设备及用具
(1)恒水头垂直渗透试验仪
由以下组成:
试样夹持装置:应确保试样有效过水面积不小于20cm2,试样边缘与夹持装置周壁密封良好,不应有周壁渗漏发生。
恒水头装置:有溢流和水头调节功能,可以设置的最大水头差至少为70mm,要求在试验过程中能够在试样的两侧保持恒定的水头,具备达到250mm恒定水头的能力(图11-2-26)。
支撑网格:应使用直径1mm的金属丝网格和(10±1)mm尺寸的筛网放置在试样的背水面,以在试验过程中支撑试样。当仪器中无试样但有试样支撑网格时,在任何流速下测定的支撑网格两侧的水头差必须小于1mm。
量测装置:其管路应避免直径的变化,以减少水头损失,水头的量测精确至1mm。
(2)供水系统
试验用水应采用蒸馏水或经过过滤的纯净水,水中的溶解氧含量不得超过10mg/L。水温宜控制在18~22℃,试验水温应尽量接近20℃,以减小因温度修正带来的不准确性。
图11-2-26 恒水头法渗透仪器示例
1—进水 2—出水收集 3—试样 h—水头差
(3)测量用具
秒表、量筒、温度计等。
3.试验步骤
①试样准备:裁取单层试样不少于5个,多层试样不少于5组,大小应与所用试验装置相适应,试样上不得有影响试验结果的可见疵点。将试样放置于含有湿润剂的水中,轻轻搅动排出试样内可能存在的气泡,浸泡至少24h直至试样饱和。
②将饱和试样装入渗透仪的夹持装置内,安装过程应防止空气进入试样,有条件宜在水下装样。
③调节上下游水位差Δh稳定后,测读Δh,开动计时器,用量筒接取一定时段内的渗透水量,并测量水量与时间。
④测量完成后调节上游水位,改变水力梯度,再次测量渗透水量与时间。对渗透性能已经基本明确的材料,为控制产品质量可以只测50mm水头差下的流速。
⑤记录试验中的水温,用于结果处理。
⑥计算:计算全部试样垂直渗透系数或透水率、渗透流速的平均值。
a.按式(11-26)计算20℃时的流速v20(mm/s):
式中 V——渗透水的体积,m3
Rt——t℃水温时的水温修正系数
A——试样过水面积,m2
t——达到水体积V的时间,s
b.垂直渗透系数:
(a)按式(11-27)计算实际水温下的垂直渗透系数k:
式中 k——实际水温下的垂直渗透系数,mm/s
v——垂直于土工织物平面水的流动速率,mm/s
i——土工织物两侧的水力梯度
δ——土工织物试样厚度,mm
Δh——对土工织物试样施加的水头差,mm
(b)按式(11-28)计算20℃水温下的垂直渗透系数k20:
式中 k20——水温20℃时的垂直渗透系数,mm/s
k——实际水温下的垂直渗透系数,mm/s
Rt——t℃水温时的水温修正系数
(c)水温修正系数Rt应按式(11-29)计算:
其中:
ηt= 1.78/(1 + 0.0337t + 0.00022t2)
式中 ηt——t℃的动力黏度,mPa·s
t——水温,℃
η20——20℃的动力黏度,mPa·s
表11-2-2 常用水温修正系数
c.按式(11-30)计算水温20℃时的透水率:
式中 θ20——水温20℃时的透水率,1/s
k20——水温20℃时的垂直渗透系数,mm/s
δ——土工织物试样厚度,mm
v20——温度20℃时,垂直于土工织物平面水的流动速率,mm/s
Δh——对土工织物试样施加的水头差,mm
4.试验说明
土工织物的渗透特性是其重要水力学特性之一,在过滤标准及其他有关水力学设计中,是一项不可缺少的重要指标。垂直于织物平面的渗透特性简称垂直渗透特性,当水流方向垂直于织物平面时,其透水性主要用垂直渗透系数表示,该系数是渗流的水力梯度等于1时的渗流流速,一般服从达西定律。为避免厚度测量引起的误差,土工织物的渗透特性也可采用透水率来表示。
影响土工织物垂直渗透性能测试结果的因素比较复杂,如试样面积大小、水温、水中气泡含量,测试设备的性能等。应注意试验前试样应充分饱和,不饱和的试样会导致试样有效过水面积减小。试验用水应进行脱气处理,试样边缘与测试设备侧壁之间必须严格密封,有条件的情况下应尽量保证在18~22℃的水温条件下进行试验,以减小水温对结果的影响。试验中采用单层试样还是多层试样主要取决于试样类型,就原理而言,单层试样好于多层试样。对于有纺土工织物,绝大部分情况下可进行单层试验,但无纺土工织物由于孔隙大透水性强,在采用单层试样时往往在层流条件下水位差很小导致读数误差影响较大,只能用加大渗径长度即多层试样进行试验。
5.相关标准
①《GB/T 15789—2005土工布及其有关产品无负荷时垂直渗透特性的测定》;
②《SL 235—2012土工合成材料测试规程》;
③《JTG E50—2006公路工程土工合成材料试验规程》;
④ASTM D4491/D4491M—17 Standard Test Methods for Water Permeability of Geotextiles by Permittivity;
⑤ISO 11058:2010 Geotextiles and geotextile-related products—Determination of water perme-ability characteristics normal to the plane,without load。
(三)耐静水压试验
1.测试方法及适用范围
耐静水压是指对土工合成材料试样施加液压扩张直至破坏过程中的最大液压,通常以MP a表示。实施中是以试样置于规定装置内,对其两侧施加一定水压差并保持一定时间,逐级增加水力压差,直至试样出现渗水现象,记录其能承受的最大水力压差即为试样的耐静水压,也可测定在要求的水力压差下试样是否有渗水现象,以判断其是否满足要求。
该试验适用各类防渗材料,如土工膜、复合土工膜,其他防渗材料可参照采用。
2.试验设备及用具
耐静水压的测定装置应包括进水调压装置、试样夹持及加压装置、压力测定装置等。其主要部件及要求如图11-2-27所示。
图11-2-27 耐静水压装置示意图
①进水调压装置:包括水源、气源、调压阀等,调压范围至少0~2.5MPa,应具有压力恒定功能。
②试样夹持及加压装置:由集水器、支撑网和多孔板组成。集水器一般为圆筒状,内腔直径为200mm,也可根据需要选用,但截面面积不小200cm2;多孔板内均匀分布直径为3mm的小透孔,孔的中心间距离6mm;试样夹持后应保证无漏水。
③压力测定装置:量程范围0~2.5MPa。
3.试验步骤
①试样准备:从样品上至少剪取3块试样,其大小应适合使用的仪器。试样上不能有损伤和疵点。
②开启进水加压装置,使水缓慢地进入并充满集水器,直至刚好要溢出。将试样无褶皱地平放在集水器内的网上,溢出多余水以确保集水器内无气泡;将多孔板盖上,均匀地夹紧试样。
③调节加压装置,使集水器内的水压上升至0.1MPa;如能估计出样品耐静水压的大致范围,也可将水压直接加到该范围的下限,开始测试。
④保持上述压力至少1h,观察多孔板的孔内是否有水渗出。如试样未渗水,以每0.1MPa的级差逐级加压,每级保持至少1h,直至有水渗出时,表明试样有渗水孔或已出现破裂,记录前一级压力即为该试样的耐静水压值。
⑤如只需判断试样是否达到某一规定的耐静水压值,则可直接加压到此压力值并保持至少1h,如没有水渗出,则判定其符合要求。
⑥计算:以3个试样测得耐静水压值中的最低值作为该样品的耐静水压值;如果实测值超过3个,以最低的2个值的平均值计;如果只有1个值较低且低于次低值50%以上,则该值应舍弃。
4.试验说明
土工合成材料中的土工膜、复合土工膜等材料,防渗性能是其重要的特征指标之一,在工程实际应用中对工程寿命有重要的影响。防渗性能通常可用耐静水压指标表征。
在操作过程中应注意:
①多孔板上的小孔直径和分布间距会对试验结果产生较大的影响。小孔直径和分布间距不同,试验结果不同,没有可比性,所以要严格按标准要求制作多孔板。
②支撑网和多孔板表面应光滑无锐角,以免划伤试件造成漏水。
③当对两布一膜试样进行耐静水压试验时,要特别注意密封问题,将面对水面一侧的纺织纤维小心剥掉,以确保被夹持部分不漏水。
④多孔板的孔内出现水珠时,如将其擦去后不再有水渗出,则可判断这是由于试样边缘溢流造成的,可以继续试验;如果将其擦去后仍有水渗出,则可判断是由于试样渗水造成的,试验可以终止。
⑤国内标准中对于耐静水压力参数的测试方法均为液压法。水利部标准与其他国内相关标准在试验设备形式、加压速率上存在较大差别,如GB/T 19979.1—2005、JTG E50—2006中均规定在试样背水面需设置多孔板,多孔板上均匀分布直径为3mm的小透孔,孔的中心间距为6mm,试样在压力作用下在小透孔处发生凸起变形;同时规定应以0.1MPa级差逐级加压,每级保持1h。SL235—2012则没有设置多孔板的要求,加压速率以100ml/min连续加压。
5.相关标准
①《GB/T 19979.1—2005土工合成材料防渗性能 第1部分:耐静水压的测定》;
②《SL 235—2012土工合成材料测试规程》;
③《JTG E50—2006公路工程土工合成材料试验规程》。
(四)水平渗透试验
1.测试方法及适用范围
水平渗透试验是在一定法向压力作用下土工合成材料在常水头水流下的测定其单宽流量、水平渗透系数或导水率的试验方法。
所谓单宽流量是在一定的法向压力和水力梯度下通过单位宽度试样水的体积流量。水平渗透系数是指水流沿着土工合成材料平面,水力梯度等于1时的渗透流速。导水率是水流沿着土工合成材料平面,在单位水位差、单位宽度、单位时间内输导地水量。这是检验土工合成材料发挥排水功能时的重要指标之一。
该试验适用于沿水平方向具有输水能力的土工织物及片状土工复合材料。
2.试验设备及用具
(1)水平渗透试验仪
由以下组成:
安装试样装置:应密封不漏水。
恒水位装置:应能调节水位,至少满足水力梯度1.0时试验过程中水位差保持不变。
加荷装置:应能对试样持续施加稳定的法向压力,加荷方式可以分为直接加荷[见图11-2-28(a)]与压力膜加荷[见图11-2-28(b)(c)]两种,直接加荷方式与试样接触的材料为闭孔泡沫橡胶,压力膜加荷方式与试样接触的材料为压力膜。
图11-2-28 水平渗透仪器典型示例
1—供水 2—集水槽 3—压力计 4—试样 5—隔膜 6—压力元件 7—泡沫橡胶 8—加压负荷 9—加压台 10—出水口 11—水槽 12—基板
水位量测装置:对于水位的测量应精确至1mm。
(2)供水系统
试验用水应采用蒸馏水或经过过滤的纯净水,水中的溶解氧含量不得超过10mg/L。水温宜控制在18~22℃,试验水温应尽量接近20℃,以减小因温度修正带来的不准确性。
(3)测量用具(www.xing528.com)
秒表、量杯、温度计等。
3.试验步骤
①试样准备:沿样品的排水方向裁取3块试样,试样的水流动方向长度至少300mm,试样宽度至少200mm。试样的大小应与所用试验装置相适应,试样上不得有影响试验结果的可见疵点。置试样于含湿润剂的水中,轻轻搅动以赶出气泡,至少浸泡12h。
②对于直接加荷型设备,应仔细安装试样上下泡沫橡胶垫层,使试样承受均匀法向压力。对压力膜加压型设备,应将试样包封在压力膜内,试样达到平整无折皱状态,周边无渗漏发生。
③施加2kPa的压力,随即并向设备的进水槽注水,使水流过试样以排除空气。
④按照规定的试验条件选用水力梯度及法向压力,向进水槽注水,在一定的时间里用量杯收集流过试样的水量。
⑤计算:计算全部试样测试结果的平均值。
a.单宽流量,按照式(11-31)进行计算:
b.水平渗透系数,按照式(11-32)进行计算:
c.导水率,按照式(11-33)进行计算:
以上式中 Qh20——试样20℃时单宽流量,cm2/s
kh20——试样20℃时水平渗透系数,cm/s
V——渗透水量,cm3
L、b、δ——试样长度、宽度和厚度,cm
Δh——上下面水位差,cm
t——通过水量V的历时,s
η——水的温度修正系数,见垂直渗透试验
4.试验说明
土工合成材料经过多年的发展,出现了多种具有良好水平排水特性的材料,例如排水网、凸点排水板等,在隧道、填埋场、地下室等工程领域中大量应用在水平排水部位。在进行水平渗透试验的过程中,应重点明确三个可能影响试验结果有效性的因素:首先应考虑依照其实际工程部位选择试验中的接触面材料,以有效模拟工程状况。其次,注意根据技术要求确定施加的压力大小,不同的压力条件下,材料的有效排水通道会发生变化,排水效能随压力的增大而降低。同时应考虑材料结构类型的特点,压力的施加方式将直接影响到试验结果。第三,应明确试验中所采用的水力梯度。
5.相关标准
①《GB/T 17633—1998土工布及其有关产品平面内水流量的测定》;
②《SL 235—2012土工合成材料测试规程》;
③ASTM D4716/D4716M—14 Standard Test Method for Determining the(In-plane)Flow Rate per Unit Width and Hydraulic Transmissivity of a Geosynthetic Using a Constant Head;
④ISO 12958:2010 Geotextiles and geotextile-related products—Determination of water flow capacity in their plane。
(五)淤堵试验
1.测试方法及适用范围
土工织物用作滤层作用时,水从被保护土体中流过土工织物,在流动过程中使土颗粒积聚在材料表面的孔口上,堵塞水流通道的进口,或是细颗粒沉积在孔隙内部,逐渐减小通道的有效过水面积,降低排水效率。前者称为阻塞,后者称为淤堵,阻塞一般发生在渗流开始阶段,而淤堵随着时间增长而加重。
淤堵试验是采用梯度比方法测试一定水流条件下土与土工织物系统及其交界面的抗淤堵性能,并测定试验结束后土工织物的含泥量。
所谓梯度比是淤堵试验中,水流通过土工织物试样及其上25mm厚土样时的水力梯度与水流通过织物上覆厚度为25~75mm范围土样时的水力梯度的比值。
该试验适用于土工织物及复合土工织物,以判断土工织物作为某种土的滤层时是否产生不允许的淤堵。
2.试验设备及用具
①梯度比渗透仪:渗透仪筒体为内径100mm的透明圆筒,有夹持单片或多片土工织物试样的装置,周边应密封良好,圆筒应有一定的高度,织物上方的土样高100mm,土样上方应有一定的空间使水流均匀稳定。渗透仪圆筒侧壁的6根测压管,其内径不小于3mm,接头处应设滤层,防止土样堵塞管口。进水口、排水口、排气口及6根管的分布如图11-2-29。土工织物底部应放置具有一定刚度和孔径(6mm)的筛网,以支承土工织物。筛网和织物一起在夹持装置内密封。
图11-2-29 梯度比装置示意图(单位:mm)
1—内径100mm透明圆管 2—测压管 3—土工织物 4—排水口 5—连常水头水容器 6—排气口
②供水系统:进水和出水装置均应有溢水口,保证常水头。应采用蒸馏水或经过过滤的纯净水,水中的溶解氧含量不得超过10mg/L,水温宜控制在18~22℃。
③测压板:测压管固定在板上,应装有刻度尺,最小分度值为1mm。
④秒表、量筒、温度计、水箱等。
3.试验步骤
①试样准备:试样尺寸应与渗透仪尺寸相适应;试样数量根据试验组合和设计滤层中织物的层数而定。试验前称量土工织物试样的质量,精确至0.01g。试验用土料经风干后进行筛分,剔除粒径大于5mm的颗粒。
②将织物试样和筛网一起放在夹持装置内,并密封好。装入土样,土样高为100mm。装样过程中应防止测压管的进口被堵塞。
③饱和土样。由排水口管进水,使水由试样底部缓慢流入,可控制进水水头小于25mm,直至水位上升到土样顶面一定高度,始可从进水管注水,并使整个容器内充满水。
④调节水位,使水力梯度i达1.0,观察测压管内的水位变化。
⑤当全部测压管读数达到稳定后,将上游进水容器保持常水头,打开出水口阀门,水流通过试样进行渗流。每小时测读一次测压管水位和渗水量,同时记录渗水时间和水温,连续测读24h。如读数尚未完全稳定,可适当延长测读时间,直至稳定为止。
⑥当i=1.0时的试验结束后,调整水力梯度i,分别对该试样进行i=2.5、i=4.0及i=10.0时的试验。当i每增加一级后,应等测压管读数稳定,并在该级梯度下渗流达1.5h以上。当i达10.0且测压管读数稳定后,重复第(5)步骤。
⑦试验结束,取出土工织物试样,轻轻清除表面浮土,烘干后称量土工织物及其内部含土的总质量,精确至0.01g。
⑧计算:
a.梯度比GR,按照式(11-34)进行计算:
式中 GR——梯度比
δ——土工织物厚度,mm
H1-2——测压管1号与2号间的水位差,mm
H2-4——测压管2号与4号间的水位差,mm
L1、L2——渗径长,mm
不计土工织物厚度时,GR按式(11-35)计算:
b.按照式(11-36)计算土工织物单位体积试样中的含土量:
式中 ρ——织物单位体积试样中的含土量,g/cm3
m0——试验前织物试样的质量,g
m1——试验后织物试样的质量,g
A——织物试样面积,cm2
δ——土工织物厚度,cm
4.试验说明
判断淤堵通常是由通过织物水流量的减小,以及进入织物土颗粒的增多来评估的。流量的减小是用梯度比来定量表示的,进入织物的土颗粒量是用试验后土工织物单位体积的含土量来表示的。对于梯度比试验方法及规定GR大于3时,将发生较为严重的淤堵,渗透系数的下降将超过一个数量级,从而不能满足滤层的透水性要求,不少学者有不同看法或提出修改意见,但因梯度比试验方法试验历时较短,操作简单,相对比较成熟,所以在淤堵试验中得到普遍应用。
5.相关标准
(1)《SL 235—2012土工合成材料测试规程》;
(2)《JTG E50—2006公路工程土工合成材料试验规程》。
(六)塑料排水带通水量试验
1.测试方法及适用范围
排水带通水量是指排水带的芯带与滤膜复合体在一定的侧压力作用下,沿排水带截面的纵向通水能力,一般以cm3/s表示。该试验可以集中体现塑料排水带整体性能,是其最重要的工程应用指标。
该试验主要适用于塑料排水带产品。
2.试验设备及用具
①通水能力测定仪:可采用立式或卧式(见图11-2-30和图11-2-31),应满足在试样有效受压范围内受到均匀且恒定的侧压力;试样内部在常水头下进行渗流;试样两端连接处,必须密封良好,在侧压力作用下不漏水。
图11-2-30 立式通水能力测定仪
1—压力表 2—调压阀 3—体变管 4—排水带 5—水位差
图11-2-31 卧式通水能力测定仪
1—压力表 2—排水带 3—水位差 4—端部密封
②连接管路:宜短而粗,减小水头损失。
③乳胶膜套:用于包封排水带,应弹性良好、不漏水,膜厚宜小于0.3mm。
④其他,如量筒、秒表、温度计、水桶等。
3.试验步骤
①试样准备:沿排水带长度方向随机裁取两块试样,试样长度与通水能力测定仪相匹配。
②将包有乳胶膜的排水带装入通水仪内,密封好两端接头,安装好连接部分。
③对压力室施加侧压力,通用的侧压力为350kPa,在整个实验过程中保持恒压。调节上、下游水位,使排水带在水力梯度条件i=0.5条件下进行渗流。
④在恒压及恒定水力梯度下渗流0.5h后测量渗水量,并记录测量时间,以后每隔1h测量一次,在相邻的三次通水量测量值中,前后两次通水量差值均小于前一次通水量的5%为止,以最后一次测读的通水量作为该试样的通水量。需要同时满足以下两个试验终止条件:
⑤重复步骤,测定另一块排水带的通水量,通水量计算时不做温度修正,但应注明试验的实际水温。
⑥计算:按式(11-37)计算排水带通水量Q,计算两块排水带试样通水量的平均值:
式中 Q——通水量,cm3/s
V——在t时段内通过排水板(带)的水量,cm3
t——通过水量V所经历的时间,s
i——水力梯度,设定i为0.5
4.试验说明
塑料排水带通水量试验的原理与水平渗透试验原理相同,但本试验针对排水带的产品类型明确了侧向压力一般为350kPa,通过乳胶膜施加,也明确了试验水力梯度为0.5。试验中应注意乳胶膜套的厚度控制,厚度太厚会对试样承受的压力产生影响,进而扩大试验误差。试验中一般规定水温在18~22℃之间,温度变化范围不大,通水量计算不做温度修正。同时,考虑到如水温的增加,既会减少水流的流动阻力而增大通水量,也会降低排水带芯带的抗压强度而降低通水量,故不做修正可以抵消一部分的试验误差。
国内标准对于试验中通水量稳定值的确定条件有所区别,从试验结果可靠性考虑,推荐在相邻的三次通水量测量值中进行比较确定。具体实施时,应注意相关标准的规定。
5.相关标准
①《SL 235—2012土工合成材料测试规程》;
②《JTG E50—2006公路工程土工合成材料试验规程》;
③《JTS 206-1—2009水运工程塑料排水板应用技术规程》。
(七)膨润土防水毯渗透试验
1.测试方法及适用范围
膨润土防水毯在工程应用中主要起防渗作用,其渗透特性试验应采用柔壁渗透法,在围压550kPa、反压515kPa下饱和48h。通过提高试样底部压力至530kPa,在15kPa的渗透压力下,渗透液体经过试样从下而上进行渗透性能测试。渗透系数一般以cm/s表示。该试验主要适用于土工织物作为衬垫的GCL产品,不适用于有土工膜作为衬垫的GCL产品。
2.试验设备及用具
①GCL柔壁渗透仪:包括压力室系统、渗流量测量系统、顶盘及底盘等。压力室系统能承受规定压力,施加并控制压力室达到规定压力;渗流量测量系统用于量测试流量;顶盘及底盘应牢固且不渗漏,确保与其相连的管路畅通。
②其他如乳胶膜、透水石、试纸等。
图11-2-32 柔壁渗透仪示意图
3.试验步骤
①试样准备:随机裁取直径100mm或70mm圆形试样3个,裁取试样时,先在试样周围喷少量水进行水化,防止裁剪处膨润土散落。
②试样安装,将试验用的透水石和滤纸充分饱和,然后依次将透水石、滤纸、试样、滤纸、透水石安放在压力室底座上,套好橡皮膜,扎橡皮圈。
③安装压力室,向室内注水至顶部。施加一定围压和小于围压的反压,打开排气管线使各通水管线水流动起来,排除气泡。
④加围压至550kPa,反压至515kPa,保持48h,使试样充分饱和、水化、固结。
⑤将试样底部反压增加至530kPa,压力稳定后,可以采用常水头或变水头测试。测量一定时间内排水管的排水量,以计算渗透系数。
⑥计算:计算3个试验的试验结果平均值。
a.常水头测试按照式(11-38)进行计算:
式中 kT——渗透系数,m/s
Q——通水量,m3
δ——试样厚度,m
A——试样面积,m2
t——水量收集时间,s
h——试样两侧水头差,m
b.变水头测试按照式(11-39)进行计算:
式中 k——渗透系数,m/s
Ain——流入管线的横截面积,m2
Aout——流出管线的横截面积,m2
δ——试样厚度,m
A——试样的横截面积,m2
h1——t1时刻横跨试样的水压差,m
h2——t2时刻横跨试样的水压差,m
t——t1时刻至t2时刻的时间差,s
4.试验说明
GCL的渗透应采用柔壁渗透的方式进行,主要是因为GCL的渗透系数较小,一般要求小于5×10-11m/s,常规的土工织物渗透方式无法满足材料密封的要求。在GCL侧壁通过乳胶膜施加较大的围压,可以有效控制材料侧壁渗漏。试验中应在渗透试验开始量测前让GCL在围压550kPa,反压515kPa作用下进行48h浸润饱和,排尽GCL孔隙中可能存在的空气。同时JG/T 193—2006标准对于饱和压力与渗透压力的规定与SL 235—2012及ASTM D5887存在一定区别,测试中应予以注意(表11-2-3)。
表11-2-3 三类标准不同点
5.相关标准
①《SL 235—2012土工合成材料测试规程》;
②《JG/T 193—2006钠基膨润土防水毯》;
③ASTM D5084—16a Standard Test Methods for Measurement of Hydraulic Conductivity of Saturated Porous Materials Using a Flexible Wall Permeameter。
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