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 劉銀寶1，魏建平2，夏曉莉1

 (1上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究總院，上海200125;2上海申元巖土工程有限公司，上海200040)

摘要：目前用于滲透試驗(yàn)的土樣埋置于不同深度，土樣取出時，其原有應(yīng)力被釋放，滲透試驗(yàn)的結(jié)果常常與客觀實(shí)際存在著差異。常規(guī)滲透試驗(yàn)儀是在沒有同結(jié)壓力作用下進(jìn)行的，這與土樣在地層中所受荷載的實(shí)際情況不相符合，試驗(yàn)結(jié)果存在較大誤差。加壓-快速滲透試驗(yàn)儀采用施加固結(jié)壓力進(jìn)行試驗(yàn)，根據(jù)取土的不同深度施加相應(yīng)的同結(jié)壓力，更加逼真地模擬現(xiàn)場實(shí)際情況。

關(guān)鍵詞：加載固結(jié)；滲透試驗(yàn)；變水頭滲透；光控加壓；快速滲透

中圖分類號：TU415文章編號：1004-4655( 2016) 02-0076-02

 隨著國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國地下空間的開發(fā)與利用越來越被人們所重視，因此土木建筑與巖土工程的應(yīng)用技術(shù)和土工試驗(yàn)各項(xiàng)參數(shù)的測試要求越來越高。特別是量測的進(jìn)度和可靠性特別受到關(guān)注。滲透系數(shù)主要用于分析計(jì)算地基固結(jié)沉降時間、天然地基、土壩、高填土等滲流量和滲流穩(wěn)定性以及施工選料、人工降水及地基加同設(shè)計(jì)等。對于目前的滲透試驗(yàn)來說，從儀器的結(jié)構(gòu)和試驗(yàn)方法常停留在上世紀(jì)50年代的傳統(tǒng)技術(shù)，無法擺脫落后的現(xiàn)狀。針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，采用土壤加載法，不僅大大縮短試驗(yàn)時間，減少試驗(yàn)誤差，還使土樣恢復(fù)到原來的應(yīng)力狀態(tài)下，研究土在不同應(yīng)力條件下（不同的空隙比）的滲透系數(shù)。

1光控加壓快速滲透試驗(yàn)儀

 光控加壓滲透試驗(yàn)與傳統(tǒng)的滲透試驗(yàn)原理和步驟完全相同，區(qū)別在于前者更加真實(shí)模擬土層的實(shí)際應(yīng)力，在進(jìn)行滲透試驗(yàn)前，按照土樣的自重應(yīng)力預(yù)先給予加壓，讓土樣處于原始的應(yīng)力狀態(tài)。在試驗(yàn)過程中根據(jù)不同土樣施加相應(yīng)滲透壓力，通過光電信號傳感器感應(yīng)水位管中的水位，自動讀數(shù)、自動采集數(shù)據(jù)，減少人工讀數(shù)試驗(yàn)誤差，提高數(shù)據(jù)傳輸效率，為工程設(shè)計(jì)提供更為準(zhǔn)確的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

1.1光控加壓快速滲透試驗(yàn)儀的組成

光控加壓快速滲透試驗(yàn)儀的主要組成見圖1。

 1)供水箱、滲透容器、壓力源、光電信號傳感器。

 (1)供水箱：主要用于試驗(yàn)中水的供給。

 (2)滲透容器：包括帶有進(jìn)氣口的土樣加載同結(jié)氣缸、帶有進(jìn)水口的容器底座、土樣環(huán)刀及上蓋帽。該組件與供水箱、水位管、壓力源相連。

 (3)壓力源：該組件包括空氣壓縮機(jī)、減壓閥、氣水過濾器、精密調(diào)壓閥、精密壓力表。主要用于在試驗(yàn)中提供壓力。

 (4)光電信號傳感器：用于感應(yīng)水位管中的水位并采集傳輸數(shù)據(jù)。

 2)無線信號發(fā)送器。

 3)無線信號接收器。

 4)對無線信號進(jìn)行處理的計(jì)算機(jī)。

1.2光控加壓快速滲透試驗(yàn)儀工作原理及方法

 該儀器設(shè)備將信號放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)字濾波器、傳感器電源以及無線信號發(fā)送器集成設(shè)置為一個數(shù)據(jù)采集器，試驗(yàn)時先通過供水箱向水位管中注水至預(yù)定高度，然后通過壓力源給滲透容器內(nèi)的試樣施加相應(yīng)固結(jié)壓力，隨即開始試驗(yàn)，光電信號傳感器實(shí)時動態(tài)記錄滲壓容器內(nèi)滲透水量的信息。通過有線或無線的方式將其傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集器中，數(shù)據(jù)采集器通過無線信號發(fā)送器傳輸?shù)綗o線信號接收器中，將相關(guān)信息輸入到計(jì)算機(jī)接收處理系統(tǒng)，生成數(shù)據(jù)及報告（見圖2）。

1.3傳統(tǒng)滲透與光控加壓快速滲透的對比

 傳統(tǒng)滲透采用南SS型滲透儀，均在無滲透壓力的情況下進(jìn)行試驗(yàn)。光控加壓快速滲透分別在滲透壓力30 k P和50 k P的情況下進(jìn)行試驗(yàn)。土樣取白上海某地區(qū)地下12m的灰色淤泥質(zhì)黏土，均是在保證原始狀態(tài)樣的情況下，將該土樣在2種滲透儀上進(jìn)行變水頭滲透試驗(yàn)，結(jié)果見表1和表2。

 通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比可知，土樣編號001中，當(dāng)滲透壓力為0 k P時，4組變水頭試驗(yàn)需要的時間是41 h 58 min 1 s；滲透壓力為30 k P時，試驗(yàn)需要的時間為1 7 h 28 min 26 s；滲透壓力為50 k P時，試驗(yàn)所需的時間只有10 h 24 min 44 s。土樣編號002中，當(dāng)滲透壓力為0 k P時，4組變水頭試驗(yàn)需要的時間是36 h 13 min 43 s；滲透壓力為30 k P時，試驗(yàn)需要的時間為15 h 43 min 29 s；滲透壓力為50 k P時，試驗(yàn)所需的時間只有9 h 3 min 11 s。在兩個土樣編號數(shù)據(jù)中，當(dāng)滲透壓力為30 k P時，相對0壓力時試驗(yàn)時間可縮短56.6%以上。而當(dāng)滲透壓力50 k P時，相對0壓力時試驗(yàn)時間可縮短75.0%以上。每一級滲透壓力下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)都符合規(guī)范及實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。在實(shí)際的工作中，工期一般較緊張，特別在淺層黏性土較多時，常規(guī)的滲透儀常常存在周轉(zhuǎn)問題，使用光控加壓滲透儀可節(jié)約試驗(yàn)時間，最大化節(jié)約人力和成本。該儀器還可控制固結(jié)壓力，更加逼真模擬土體的原始受力狀態(tài)，使數(shù)據(jù)更接近于實(shí)際。

2光控加壓快速滲透試驗(yàn)裝置特點(diǎn)

 1)在試驗(yàn)過程中通過壓力源提高滲透水壓力和土樣壓力，根據(jù)滲透試驗(yàn)原理（達(dá)西定律），水頭梯度與滲透時間呈反比關(guān)系，利用提高滲透水壓力手段，大大縮短試驗(yàn)時間周期。

 2)光控加壓快速滲透試驗(yàn)根據(jù)土樣取土深度不同，通過土樣加載團(tuán)結(jié)氣缸施加相應(yīng)的固結(jié)壓力，更加逼真地模擬現(xiàn)場實(shí)際情況，減少試驗(yàn)誤差。

 3)光控加壓快速滲透試驗(yàn)引入無線通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)各儀器之間無需電纜連接，各儀器和計(jì)算機(jī)即便在不同房間也能正常傳輸數(shù)據(jù)，降低通信技術(shù)成本，減少硬件設(shè)置的工作量，排除通信網(wǎng)絡(luò)的干擾和出錯，提高數(shù)據(jù)傳輸效率的目的。

3結(jié)語

 光控加壓快速滲透試驗(yàn)裝置通過控制滲透壓力進(jìn)行試驗(yàn)，克服黏性土試驗(yàn)周期長的缺陷，大大提高工作效率。通過采用傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，減少人丁讀數(shù)試驗(yàn)誤差、提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。該裝置還可施加固結(jié)壓力進(jìn)行試驗(yàn)，根據(jù)取土深度不同施加相應(yīng)的同結(jié)壓力，更加符合現(xiàn)場實(shí)際情況，提高試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。