如何测定砂土的孔隙比和饱和度

发布网友 发布时间：2024-10-21 01:44

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热心网友 时间：2024-11-26 05:44

一、实验目的

1. 加深理解松散岩土的孔隙度、给水度和持水度的概念。

2. 掌握实验室测定砂土样孔隙度、给水度和持水度的方法。

3. 了解层状土给水度的测定方法。

二、实验内容

1. 熟悉试样给水度仪的结构，了解仪器的工作原理。

2. 测定 3 种松散岩土试样的孔隙度、给水度和持水度。

3. 自选实验内容: 了解透水石的原理与作用，标定仪器透水石的负压。

4. 设计性实验: 均质与层状土理论给水度的求取方法。

三、实验仪器和用品

1. 试样给水度仪 (见图Ⅰ1-1) 。

2. 水箱、大号吸耳球，用以抽吸试样给水度仪底部漏斗的气体。

3. 量杯、量筒 (100 mL) 和胶头滴管。

4. 天然松散岩土试样: 砾石 (粒径为 5 ～ 10 mm，大小均匀，磨圆度好) ; 砂 (粒径为 0. 45 ～0. 6 mm) ; 砂砾混合样 (把上述砂样完全充填于砾石样的孔隙中得到的一种新试样) 。

四、实验原理与准备

1. 透水石与底部漏斗简介

透水石是用一定直径的砂质颗粒均匀胶结成的多孔板。透水石的负压值是指在实验过程中靠近试样的一侧，在气、液、固三相介质界面上，形成弯液面后产生的附加表面压强。

给水度仪的底部漏斗是连接供水装置与试样筒的中间部件，实验过程中要保持完全饱水状态，实验前需要进行排气充水。

2. 标定透水石的负压值 (－ P)

第一步，饱和透水石并使试样筒底部漏斗充满水 (最好用去气水，即通过加热或蒸馏的方法去掉水中部分气体后的水) 。具体操作: 将试样筒与底部漏斗一起从开关 a处卸下 (见图Ⅰ1-1) ，浸没于水箱中并倒置; 将漏斗管口与吸耳球管口连接，抽气使透水石饱水，底部漏斗全充满水; 用弹簧夹在水中封闭底部漏斗管; 倒转试样筒，将装有水 (可以不满) 的试样筒放回支架。然后，同时打开 a、b 两开关，在两管口同时流水的情况下连接漏斗下部的塑料管。关闭 a、b 开关，倒去试样筒中剩余的水，将A 滴定管液面调至零刻度，并与透水石底面水平。

第二步，测定透水石的负压值 (－ P) 。打开 a、b 开关，缓慢降低 A 滴定管 (滴定管液面低于透水石底面) ，同时注意观察其液面的变化。当 A 滴定管液面突然上升时，立刻关闭 b 开关。此时滴定管液面到透水石底面的高度就是透水石的负压值 (－P) 。

反复测定几次，选其中最小数值 (绝对值) 作为实验仪器所采用的负压值 (－P) 。

3. 标定试样筒的容积 (V)

将试样筒装满水，用量筒或滴定管测出所装水的体积即为试样筒的容积 (V) 。

以上准备工作由实验教师或学生在实验课前做好。

五、实验步骤

1. 连接

将试样筒与滴定管装满水，同时打开 a、b 两开关，保持两管口朝上，在两管口同时流水的情况下连接漏斗底部的塑料管; 关闭 a、b 开关，倒去试样筒中剩余的水。

2. 检查

试样筒与滴定管连接好之后，检查试样筒底部漏斗是否有气泡，如有气泡，应参照实验原理与准备工作中第2 点第一步进行排气，然后重复上述实验步骤第1 步(连接) 。

3. 装样

装样前，在 a、b 开关关闭状态下，将 A 滴定管液面调到零刻度，用干布把试样筒内壁擦干 (注意: 干布不要接触透水石) 。装砾石样和砂样时，不用装样筛，直接将试样逐次倒入试样筒，轻拍试样筒以保证试样密实，试样装至与试样筒口平齐。装砂砾混合样时，先按上述方法把砾石装满，再安装装样筛，将砂样逐次从装样筛中漏入，直至完全充填砾石样孔隙。

4. 测定孔隙度

适当抬高 A 滴定管，使其液面略高于试样筒口。打开 a、b 开关 (同时用手表计时) ，用 b 开关控制进水速度。试样饱水后立即关闭 b 开关。记下 A 滴定管进水量及饱水累计时间，填入表格 “实验一 孔隙与水实验记录表”。进水量 (体积) 与试样筒容积之比就是此试样孔隙度。

图Ⅰ1-1 试样给水度仪装置图

图Ⅰ1-2 退水时试样给水度仪安装/退水示意图

5. 测定给水度

将 A 滴定管加满水并装上三通管，通过三通管连接 A、B 滴定管。用胶头滴管调整三通管液面 (图Ⅰ1-2) 。将 B 滴定管初始刻度调至 100 mL 处。如图Ⅰ1-2 所示，逐步 (每次 5 cm) 同时降低 A、B 滴定管的高度，分别在实验记录表中记录相应的出水量，直至达到仪器最大负压值结束 (见图Ⅰ1-2 退水结束位置) 。即: 首先同时降低A、B 滴定管后 (见图Ⅰ1-2 退水开始位置) ，打开 b 开关，试样中退出的水沿三通管进入 B 滴定管，待退水稳定 (B 滴定管水位不上升) 时，记录退水量; 继续分次降低(每次 5 cm) A、B 滴定管，待退水稳定 (B 滴定管水位不上升) 时，将累计退水量和累计退水时间记录到实验记录表。退水终止后，将仪器体积和负压等参数记录到实验记录表中。累计退水量 (体积) 与试样体积之比就是试样的给水度。

注意: 退水过程中，三通管液面到透水石底面的距离不得大于透水石的选用负压值。

6. 重复上述步骤 3 ～ 5，测定另两种试样的孔隙度和给水度 (也可以分组测定不同试样，各组交换实验记录) 。

六、实验成果

1. 提交实验报告表，即孔隙与水实验记录表。

2. 回答下列问题:

1) 从试样中退出的水是什么形式的水? 退水结束后，试样中保留的水是什么形式的水?

2) 根据实验结果，分析比较松散岩土的孔隙度、给水度、持水度与粒径和分选的关系。

3) 不同试样退水过程中的退水量为什么有差异?

实验一 孔隙与水实验记录表

水文地质学基础实验实习教程

附 设计性实验

均质与层状土理论给水度的求取方法

一、实验目的

1. 根据给水度的定义与影响因素，自行设计一到两个方案，求取均质与层状土理论给水度。

2. 进一步理解影响给水度测试的主要因素，掌握求取土层给水度的实验方法。

3. 了解并熟悉土层负压的测定方法。

二、设计性实验内容 (供参考)

1. 选择一种或两种砂样，求取均质或层状土层理论给水度。

2. 测定包气带任一点的负压，分析其变化特点。

3. 研究均质土层包气带负压与含水量的关系。

三、实验仪器和用品

1. 实验一所用的试样给水度仪、试验样品和相关用品。

2. 土柱给水度仪 (见图Ⅰ1-3) 。

3. 不同粒径的砂样。

四、土柱给水度仪简介

本仪器主体结构包括有机玻璃试样柱、可升降的供水/排水装置以及测压板。试样柱上设有多孔陶土头负压测点和正压测点，测压点与测压板通过软管相连，可以连续测定土层从饱水的正压到非饱水的负压水头，从而了解土层负压变化及其对给水度的影响。

通过升降装置调节供水/排水装置 (溢水箱) 水位，控制试样柱中的水位;通过溢水箱水位变化的快慢控制试样柱水位下降速度，从而求取不同埋深或不同水位下降速度下的土层给水度。

五、设计实验的基本要求

1. 自行设计实验方案，包括设计土层结构、初始水位埋深、退水速度等。实验前写出详细实验方案。

2. 根据实验方案设计实验记录表格，要求表达直观，内容齐全，有利于计算分析。

图Ⅰ1-3 土柱给水度仪装置图

3. 根据设计方案自己动手装样与实验，详细记录实验步骤、数据和现象。

4. 对实验数据、计算结果和观察到的现象进行必要的讨论，并撰写实验报告。实验报告的内容包括: 实验目的、内容与步骤，主要现象与结果分析，实验改进建议等。

六、思考题

1. 试样给水度仪和土柱给水度仪的测试结果有何差异? 为什么?

2. 根据实验结果总结土层给水度的影响因素有哪些?

3. 包气带不同深度的负压有何变化规律?

热心网友 时间：2024-11-26 05:44