混合土的滲透試驗綜述★

周 銳 李星潤 楊曉東 常宇涵 姬厚真

(西北民族大學，甘肅 蘭州 730100)

1 概述

混合土作為工程中一種改善原狀土不良性質的方法，是指將一種或多種材料以一定量的摻比與所匹配的相應土壤通過一定的方法，如擊實、拌勻、碾壓重塑等，結合形成某種工程性質更為優良的新型“土壤”。隨著高層建筑、高速公路的不斷開拓發展，對承載的地基持力層提出了更高的要求，因而一直以來，有關混合土的研究便是工程學者專研的重中之重。

目前，關于混合土的探索已經初見成果，其中以適量橡膠顆粒、生石灰、鋼渣與黏土、砂土、黃土等進行混合從而達到增強原有土壤抗壓強度、抗剪性能以及改善原有濕陷性目的的研究較為豐富[1-3]，此類文獻主要通過直剪試驗，輕型、重型擊實試驗，膨脹率試驗等綜合各影響因素，尋求適用于特定實際工程的最佳摻量，Sadrekarimi[4]通過將工程實際與標準試驗結合建立了一種可以對砂土不排水剪切強度進行評價的體系，并相應試驗研究了黏粒含量與砂土液化強度間的變化關系。除上述之外，也有相關混合土水理性質的研究，徐超等[5]通過滲透試驗，發現不同濃度、類型的離子溶液與混合土中的膨潤土之間存在一定的變化規律，即石屑摻膨潤土混合土的滲透系數隨溶液離子價和濃度的增大而逐漸增大。若從眾多試驗中單列出滲透試驗進行實際操作，我們會發現其仍舊存在些許需要簡化與改善之處。

本文針對混合土滲透試驗的全過程，提出在試驗制樣方面簡化的計算公式，并聯系實際配置橡膠顆?；旌贤了孟嚓P成果，總結滲透試驗過程的注意事項，并對TST-35滲透儀提出了改善建議。

2 試驗制樣

2.1 擊實試驗

現有文獻已有關于擊實試驗的混合土性能參數的研究，李朝暉等[6]通過將不同摻量的橡膠顆粒與一定量黃土進行混合后，分別研究了摻量為0%，10%，20%，30%，40%，50%時，混合土的壓實參數。其輕型、重型擊實試驗與滲透試驗的制樣問題是有所關聯的，通過土工試驗規程[7]進行標準擊實試驗，可以得到實測混合土的最大干密度與最優含水率，并依照以下公式換算即可計算出最為密實情況下利用滲透環刀制備試樣所需混合土的質量。

設混合土試樣最大干密度為ρdmax，最優含水率為ωop，滲透環刀體積為V,混合土的質量為mt，密度為ρ。

mt=ρV

(1)

ρ=ρdmax×(1+ωop)

(2)

式(1)，式(2)聯立可得：

mt=ρdmax×(1+ωop)×V

(3)

式(3)計算所得結果即為滲透環刀裝樣時所需稱量的實際混合土的質量，注意式(3)的前提為在最大干密度，最為密實狀態；針對其他情形，原理還是利用試驗或者換算得到混合土的密度，其與體積乘積即為所需混合土質量。

2.2 混合土組成要素質量配比

設已有含水率為ω1的若干純土樣，欲配置含水率為ω2，質量為mt的混合土，可依據如下步驟進行計算。

定義摻量y為所添加的材料與混合土的質量之比；my為混合物中需添加的材料的質量；mt為混合土的總質量；ms1為配置混合土所需含水率為ω1的純土樣的質量；Δω1-2為配置含水率為ω2的混合土而需要在含水率為ω1的純土樣基礎上添加的水的質量。則有：

mt=Δω1-2+ms1+my;

其中，ms0為ms1減去水后的純干土質量;ω1為原有純土樣的含水率;ω2為欲配置的混合土樣的含水率。

等式代換整理可得：

(4)

my=y·mt

(5)

(6)

式(4)～式(6)為含水率由純土樣的ω1到混合土ω2的過程，因而此式僅適用于ω2>ω1的情形，即最終配置的混合土含水率必須大于純土樣的初始含水率。當ω2<ω1時，則可采用如下烘干土樣的方法進行配置，即將初始的具有一定含水率的純土樣放入烘箱，調至105 ℃烘滿24 h，得到ω1=0的純土樣，而后根據下述公式進行計算：

(7)

my=y·mt

(8)

(9)

3 試驗過程

在得到試驗所需混合土各組成要素質量(水、材料、土)之后，需混合均勻后裝入滲透環刀中，一般而言混合土體積開始時會高于單個滲透環刀的上表面，因而建議于環刀上方倒放另外一個滲透環刀，起到攏合的作用，并可以利用擊實儀器，通過滲透環刀與擊實筒的體積換算關系，由單位體積擊實功，等式轉化出所需錘擊數。注意錘擊數的含義為當按照土工試驗規范要求[7]錘擊完畢后，混合土表面恰好與滲透環刀相平,若不滿足此要求則需重新稱量，減少誤差，直至符合條件為止。

將滲透環刀置入滲透儀時，需注意在土樣底部，透水石上方放置一片裁剪過的大小與透水石相近的濾紙，每次試驗完成要及時更換。同樣地，混合土頂部與透水石相接處也需放置一片濾紙，見圖1。在轉動上方鋼制旋盤時，常常會遇到無法合龍滲透儀上蓋的問題，一般而言是上部透水石與橡膠圈的貼合出現問題?？梢酝ㄟ^先放置透水石，再套橡膠圈，當二者結合并不服帖或均衡時，使用外力將橡膠圈明顯鼓起部分按入儀器內部，在橡膠圈整個嵌入貼合后再旋緊儀器以達到防止漏水的目的。

滲透儀需要利用三通與水頭連接，三通有三個管口，其一與頂部水瓶相連，其二與讀數的刻度管相連，其三與滲透儀底部兩尖嘴中略高的進水口相連。由于一般適配連接的橡膠管較少，因而可以選取尺寸略大的橡膠管，而后用鋼絲以及防水膠布進行連接固定，見圖2。注意在試驗開始前要先用橡膠管與滲透儀底部最低尖嘴出水口連接，并用止水夾夾住以控制水流。試驗開始時，先打開底部橡膠管止水夾，再打開頂部水瓶和滲透儀的三通開關，并關閉另外一個，當底部橡膠管無氣泡，而且開始穩定出現水流時，即認為底部空氣已排盡，此時可以關閉止水夾，見圖3，等待頂端出水口滲透出水。

注意等待頂部出水口出水時，需觀察儀器中間部分是否有漏水情況，若有須暫停試驗，檢查旋盤是否旋緊亦或是防水橡膠圈是否與透水石嵌合牢固，以及儀器本身是否存在漏水缺陷，在調整完善后，方可按照流程重新進行試驗。試驗頂端出水快慢，與混合土試樣壓實性息息相關，時間在幾分鐘到數小時不等。

當滲透儀頂端尖嘴冒出水珠時，見圖4，即認為混合土樣達到飽和。此時關閉頂部水瓶的三通開關，保持滲透儀三通開關開啟，并打開連接刻度管的三通開關，當滲透儀頂端尖嘴出水口穩定冒出水時，即可按照一定時間間隔進行刻度讀數。

4 結論

本文通過混合土具體的試樣制備，以及實際滲透試驗操作，提出了在進行制樣時的理論簡化公式，并詳述了混合土的整個滲透試驗流程，得到結論如下：

2)連接的三通注意用鋼絲、防水膠布與橡膠管進行防水加固，開關順序為先開頂部水瓶和滲透儀、關閉后再開滲透儀和水頭刻度管。當出現試件漏水、讀數問題時皆可根據上述內容進行檢查與完善。

3)在實際滲透試驗中，發現滲透系數的計算結果會在開始時產生較大波動，越是混合土內部結合不夠緊密時越會如此，隨著時間的增長波動才會慢慢趨于穩定，因而當滲透儀頂端尖嘴出水時，是否意味著土樣飽和穩定滲流還需進一步考證，此外影響滲透系數的具體因素也有待學者們進一步研究。