CN111678853A - 一种测量高压实膨胀土饱和渗透系数的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种测量高压实膨胀土饱和渗透系数的方法，属于土工试验技术领域。所述测量高压实膨胀土饱和渗透系数的方法包括以下步骤：获取饱和的高压实膨胀土的每个截面的初始核磁信号量；将样品夹持器的一端连通重水，样品夹持器的另一端连通蒸馏水，通过重水驱替高压实膨胀土中的蒸馏水，得到土样；获取土样每个截面的核磁信号量；根据高压实膨胀土的每个截面的初始核磁信号量及土样每个截面的核磁信号量，获取高压实膨胀土饱和渗透系数。本发明测量高压实膨胀土饱和渗透系数的方法操作方法简单有效，能够在较短的时间内精确地获得高压实膨胀土的饱和渗透系数。
Description
技术领域
本发明涉及土工试验技术领域，特别涉及一种测量高压实膨胀土饱和渗透系数的方法。
背景技术
在核废料地质处置和污染填埋等地质工程中，其中最重要的一部分就是防渗系统。而高压实膨胀土具有极高的膨胀性、极低的渗透性、核素迁移的迟滞性成为上述地质工程中防渗层的首选材料。在工程屏障系统运营过程中，随着地下水的复位，高压实膨胀土逐渐吸水达到饱和，因此饱和渗透性能否满足防渗要求是保证地质工程长期安全性的前提。因此高压实膨胀土的饱和渗透系数是非常重要的参数。
测量土体饱和渗透系数最常用的方法为水头法和采用固结理论反算的方法。但是，由于膨胀土的渗透系数极低，应用常规变水头渗透试验方法测量其饱和渗透系数有一定的难度，存在非常耗时且误差很大等限制。而采用固结理论反算的方法，影响因素较多，得到的结果离散大，精度低。
发明内容
本发明提供一种测量高压实膨胀土饱和渗透系数的方法，解决了或部分解决了现有技术中测量土体饱和渗透系数误差大、精度低且非常耗时的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种测量高压实膨胀土饱和渗透系数的方法，包括以下步骤：将高压实膨胀土压入样品夹持器内；对高压实膨胀土进行真空抽气及蒸馏水饱和；获取饱和的高压实膨胀土的每个截面的初始核磁信号量；将样品夹持器的一端连通重水，样品夹持器的另一端连通蒸馏水，通过重水驱替高压实膨胀土中的蒸馏水，得到土样；获取土样每个截面的核磁信号量；根据高压实膨胀土的每个截面的初始核磁信号量及土样每个截面的核磁信号量，获取高压实膨胀土的饱和渗透系数。
进一步地，所述样品夹持器的材质为聚四氟乙烯。
进一步地，在真空饱和缸内对高压实膨胀土进行真空抽气及蒸馏水饱和。
进一步地，所述获取饱和的高压实膨胀土的每个截面的初始核磁信号量包括：将饱和的高压实膨胀土放入核磁共振中进行分层扫描试验，得出每个截面内的核磁信号，作为初始的核磁信号量S0,x，x为土样的第x个截面。
进一步地，所述将样品夹持器的一端连通重水，样品夹持器的另一端连通蒸馏水包括：将样品夹持器两端连接体积/压力控制器，施加设定的压力梯度。
进一步地，体积/压力控制器的高压力端部放入重水，体积/压力控制器的低压力端部放入蒸馏水。
进一步地，所述获取土样每个截面的核磁信号量包括：在某一时刻t，将土样及样品夹持器放入核磁共振中进行分层扫描试验，得出在该时刻t时对应的每个截面内的核磁信号量St,x。
进一步地，所述获取高压实膨胀土的饱和渗透系数的计算公式包括：
kw为渗透系数，ih为施加的水力梯度，A为土样截面积，其中在设定的时间以及某个分层内，被重水驱替的蒸馏水的量
其中w0,x为该分层内初始的饱和含水量，ms,x为该分层内的干土质量，ρw为蒸馏水密度，土样总的截面流量qw为
n为在时间t内重水渗入的层数。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
将高压实膨胀土压入样品夹持器内，对高压实膨胀土进行真空抽气及蒸馏水饱和，获取饱和的高压实膨胀土的每个截面的初始核磁信号量，将样品夹持器的一端连通重水，样品夹持器的另一端连通蒸馏水，通过重水驱替高压实膨胀土中的蒸馏水，得到土样，获取土样每个截面的核磁信号量，根据重水和蒸馏水各方面的性质极为相似，但是重水没有核磁信号，因此可以通过测量到的土样每层的核磁信号的变化值，来得出在该时刻t时对应的每个截面内重水的渗入量，根据高压实膨胀土的每个截面的初始核磁信号量及土样每个截面的核磁信号量，获取高压实膨胀土的饱和渗透系数，操作方法简单有效，能够在较短的时间内精确地获得高压实膨胀土的饱和渗透系数。
附图说明
图1为本发明实施例提供的测量高压实膨胀土饱和渗透系数的方法的流程示意图；
图2为图1中测量高压实膨胀土饱和渗透系数的方法的核磁信号值与含水量之间的关系示意图；
图3为图1中测量高压实膨胀土饱和渗透系数的方法的重水驱替蒸馏水示意图；
图4为图1中测量高压实膨胀土饱和渗透系数的方法的核磁共振分层技术对土样进行分层扫描示意图；
图5为图1中测量高压实膨胀土饱和渗透系数的方法的被重水驱替的蒸馏水的流量计算示意图。
具体实施方式
参见图1，本发明实施例提供的一种测量高压实膨胀土饱和渗透系数的方法包括以下步骤：
步骤1，将高压实膨胀土压入样品夹持器内。
步骤2，对高压实膨胀土进行真空抽气及蒸馏水饱和。
步骤3，获取饱和的高压实膨胀土的每个截面的初始核磁信号量。
步骤4，将样品夹持器的一端连通重水，样品夹持器的另一端连通蒸馏水，通过重水驱替高压实膨胀土中的蒸馏水，得到土样。
步骤5，获取土样每个截面的核磁信号量。
步骤6，根据高压实膨胀土的每个截面的初始核磁信号量及土样每个截面的核磁信号量，获取高压实膨胀土饱和渗透系数。
本申请具体实施方式将高压实膨胀土压入样品夹持器内，对高压实膨胀土进行真空抽气及蒸馏水饱和，获取饱和的高压实膨胀土的每个截面的初始核磁信号量，将样品夹持器的一端连通重水，样品夹持器的另一端连通蒸馏水，通过重水驱替高压实膨胀土中的蒸馏水，得到土样，获取土样每个截面的核磁信号量，根据重水和蒸馏水各方面的性质极为相似，但是重水没有核磁信号，因此可以通过测量到的土样每层的核磁信号的变化值，来得出在该时刻t时对应的每个截面内重水的渗入量，根据高压实膨胀土的每个截面的初始核磁信号量及土样每个截面的核磁信号量，获取高压实膨胀土的饱和渗透系数，操作方法简单有效，能够在较短的时间内精确地获得高压实膨胀土饱和渗透系数。
参见图2及图4，核磁共振是一种研究单位体积介质中质子(即氢核1H)含量与分布的无损探测技术。核磁共振测量到的信号值与试样所含质子数成正比(即核磁信号量与土样的含水量成正比，参见图2)，因此可用于测定土样含水量。核磁共振中的分层技术，可以实现对土样分层并快速精确地获得土体每个剖面真实的含水量。因此，利用该技术可以快速地获得水分在土样中的迁移过程。
具体地，样品夹持器的材质为聚四氟乙烯，聚四氟乙烯的核磁共振信号量极低，不影响对土样中水分核磁信号的测定。
具体地，在真空饱和缸内对高压实膨胀土进行真空抽气及蒸馏水饱和，便于高压实膨胀土的真空抽气及蒸馏水饱和。
具体地，获取饱和的高压实膨胀土的每个截面的初始核磁信号量包括：
将饱和的高压实膨胀土放入核磁共振中进行分层扫描试验，得出每个截面内的核磁信号，作为初始的核磁信号量S0,x，x为土样的第x个截面。
参见图3，具体地，将样品夹持器的一端连通重水，样品夹持器的另一端连通蒸馏水包括：
将样品夹持器两端连接体积/压力控制器，施加设定的压力梯度。其中，体积/压力控制器的高压力端部放入重水，体积/压力控制器的低压力端部中放入蒸馏水，实现重水驱替高压实膨胀土中的蒸馏水。
参见图5，具体地，获取土样每个截面的核磁信号量包括：
在某一时刻t，将土样及样品夹持器放入核磁共振中进行分层扫描试验，得出在该时刻t时对应的每个截面内的核磁信号量St,x。
具体地，获取高压实膨胀土的饱和渗透系数的计算公式为：
kw为渗透系数，ih为施加的水力梯度，A为土样截面积，其中在设定的时间以及某个分层内，被重水驱替的蒸馏水的量
其中w0,x为该分层内初始的饱和含水量，ms,x为该分层内的干土质量，ρw为蒸馏水密度。土样总的截面流量为
n为在时间t内重水渗入的层数。
为了更清楚介绍本发明实施例，下面从本发明实施例的使用方法上予以介绍。
将高压实膨胀土按照设定的初始含水量和干密度压入样品夹持器内。
将土样及样品夹持器放入真空饱和缸内采用真空抽气、蒸馏水饱和。
将上述饱和的土样及样品夹持器放入核磁共振中进行分层扫描试验，得出每个截面内的核磁信号，作为初始的核磁信号量S0,x，这里x为土样的第x个截面。
将样品夹持器两端连接体积/压力控制器，施加设定的压力梯度；其中高压力一端中的体积/压力控制器内放入重水，另一低压力端的体积/压力控制器中放入蒸馏水。即采用重水去驱替土样中的蒸馏水。
在某一时刻t，将土样及样品夹持器放入核磁共振中进行分层扫描试验，得出在该时刻t时对应的每个截面内的核磁信号量St,x。因为重水和蒸馏水各方面的性质极为相似，但是重水没有核磁信号，因此可以通过测量到的土样每层的核磁信号的变化值，来得出在该时刻t时对应的每个截面内重水的渗入量。
根据达西定律，获取高压实膨胀土的饱和渗透系数的计算公式为：
kw为渗透系数，ih为施加的水力梯度，A为土样截面积，其中在设定的时间以及某个分层内，被重水驱替的蒸馏水的量
其中w0,x为该分层内初始的饱和含水量，ms,x为该分层内的干土质量，ρw为蒸馏水密度。土样总的截面流量为
n为在时间t内重水渗入的层数。
提高了低渗介质饱和渗透系数的测量精度，并且缩短了测试时间；利用核磁共振的分层技术，以及重水没有核磁信号的优势，在设定的驱动压力作用下，采用重水驱替土样中的蒸馏水，利用核磁共振的信号值变化，基于达西定律来得到高压实膨胀土的饱和渗透系数，原理直观，操作简便，可快速精确地获得渗透系数。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种测量高压实膨胀土饱和渗透系数的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将高压实膨胀土压入样品夹持器内；
对高压实膨胀土进行真空抽气及蒸馏水饱和；
获取饱和的高压实膨胀土的每个截面的初始核磁信号量；
将样品夹持器的一端连通重水，样品夹持器的另一端连通蒸馏水，通过重水驱替高压实膨胀土中的蒸馏水，得到土样；
获取土样每个截面的核磁信号量；
根据高压实膨胀土的每个截面的初始核磁信号量及土样每个截面的核磁信号量，获取高压实膨胀土的饱和渗透系数。
2.根据权利要求1所述的测量高压实膨胀土饱和渗透系数的方法，其特征在于：
所述样品夹持器的材质为聚四氟乙烯。
3.根据权利要求1所述的测量高压实膨胀土饱和渗透系数的方法，其特征在于：
在真空饱和缸内对高压实膨胀土进行真空抽气及蒸馏水饱和。
4.根据权利要求1所述的测量高压实膨胀土饱和渗透系数的方法，其特征在于，所述获取饱和的高压实膨胀土的每个截面的初始核磁信号量包括：
将饱和的高压实膨胀土放入核磁共振中进行分层扫描试验，得出每个截面内的核磁信号，作为初始的核磁信号量S0,x，x为土样的第x个截面。
5.根据权利要求4所述的测量高压实膨胀土饱和渗透系数的方法，其特征在于，所述将样品夹持器的一端连通重水，样品夹持器的另一端连通蒸馏水包括：
将样品夹持器两端连接体积/压力控制器，施加设定的压力梯度。
6.根据权利要求5所述的测量高压实膨胀土饱和渗透系数的方法，其特征在于：
体积/压力控制器的高压力端部放入重水，体积/压力控制器的低压力端部放入蒸馏水。
7.根据权利要求5所述的测量高压实膨胀土饱和渗透系数的方法，其特征在于，所述获取土样每个截面的核磁信号量包括：
在某一时刻t，将土样及样品夹持器放入核磁共振中进行分层扫描试验，得出在该时刻t时对应的每个截面内的核磁信号量St,x。
8.根据权利要求7所述的测量高压实膨胀土饱和渗透系数的方法，其特征在于，所述获取高压实膨胀土的饱和渗透系数的计算公式包括：
kw为渗透系数，ih为施加的水力梯度，A为土样截面积，其中在设定的时间以及某个分层内，被重水驱替的蒸馏水的量
其中w0,x为该分层内初始的饱和含水量，ms,x为该分层内的干土质量，ρw为蒸馏水密度，土样总的截面流量为
n为在时间t内重水渗入的层数。
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