變水頭法

變水頭法是指在試驗過程中土樣兩端水頭差隨時間變化的滲流試驗。

在進行試驗時，先將玻璃管充水至需要的高度後，測記土樣兩端在初始時刻的起始水頭差。之後打開滲流開關，同時開動秒表，經過時間△t後，再測記土樣兩端在終了時刻的水頭差。根據試驗結果和達西定律，即可推出土樣滲透係數的表達式。

基本介紹

• 中文名：變水頭法
• 外文名：variable water level method
• 測定內容：測定土樣滲透係數
• 適用對象：細粒土、黏性土
• 特點：在試驗過程中，水頭差隨時間變化
• 儀器設備：滲透容器、變水頭管、供水瓶等

概念

變水頭法是指在實驗室測定滲透係數的試驗過程中，水頭差一直隨時間變化，且適用於測定滲透性很小的黏性土的試驗方法。

由於細粒土滲透係數很小，流經試樣的水量很少，難以準確測量，所以細粒土適用變水頭滲透試驗法。

測試原理

在變水頭試驗中，土樣高L，橫截面面積為A，在初始水頭差h₀作用下，水從帶有刻度的變水頭管(截面面積為口)中自下而上滲過土樣，保持土樣頂面的水頭不變，變水頭管中的水位將逐漸下降，滲流的總水頭隨之減小。

變水頭滲透試驗示意圖

試驗時，測記初始時刻t₀和一定時間t₁對應的總水頭差h₀和h₁，同時測記水溫，根據上述試驗結果和達西定律，即可推出土樣滲透係數K_r的表達式：

K_r=（a×L）/A（t₁-t₀）×ln（h₀/h₁）

儀器設備

變水頭法需要用到的儀器有：滲透容器、變水頭管、供水瓶、進水管等。其中，滲透容器包括環刀、透水石、套環、上蓋和下蓋。環刀內徑61.8 mm，高40 mm。變水管的內徑應均勻，管徑不大於1 cm，管外壁應有最小分度為1 mm的刻度，長度2 m左右。

試驗裝置

變水頭法的裝置示意圖如圖1所示，水流從一根直立的帶有刻度的玻璃管和U形管白上而下滲過土樣。

圖1變水頭法的裝置示意圖

操作步驟

變水頭法的操作步驟如下：

①將裝有土樣的環刀裝入滲透容器，旋緊螺母，密封至不漏水、不漏氣。

②將滲透容器的進水口與變水頭管連線好，利用供水瓶中的純水向進水管注水，並滲入滲透容器；打開排氣閥，排除滲透容器底部的空氣，直到溢出的水中無氣泡；關排水閥，關進水管夾。

③向變水頭管中注純水，讓水位升高到預定高度，待水位穩定後切斷水源，開進永管夾，使水滲過土樣。當出水口有水溢出時開始測記變水頭管中初始水頭高和初始時間，然後按相應時間間隔測記水頭和時間，並測定出水口處的水溫。

④用不同的初始水頭重複試驗5～6次，當滲透係數誤差值在允許範圍內時，即可結束試驗。

注意事項

在變水頭法的試驗過程中，需要注意的事項是：①試驗過程中要及時排除試驗和管路中的氣泡；②為準確控制v-i的曲線，要求測點分布均勻，水頭差控制要均勻；③用滲透環刀切取滲透試樣時，應儘量避免土樣結構的擾動，嚴禁用削土刀反覆塗抹試樣表面；④測定黏性土的滲透係數時，應防止水從環刀和土樣之間的縫隙中流過，產生水流短路現象。