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相关参数的获取方法
浅层地温能开发利用相关参数主要是通过钻探、物探、实验、测试、计算及理论模拟等方法获得。
设计地源热泵系统地下换热器需要掌握地下岩土体的热物理性质参数。如果热物理性质参数不准确，则设计的系统可能达不到负荷需要。同时，也可能使地下换热器规模偏大，从而加大初投资，因此参数的测量方法对于获取正确的参数至关重要。
岩石和土壤的热物理性质测试基本有两种方法，一种为岩土标本的室内测定，即传统的方法，另一种为现场原位测试。室内测定，首先根据钻孔取出的样本特征确定钻孔周围的地质构成，再通过室内仪器测定确定导热系数。然而由于地质条件的复杂性，即使同一种岩石成分，其热物理性质参数值范围也比较大。不同地层地质条件下的岩土导热系数可相差近10倍，从而导致计算得到的地下换热器的埋管长度也相差较大，使得地源热泵系统的经济性受到影响。另外，不同的成井工艺、材料及埋管方式对换热都有影响。现场的原位测试，是在现场利用换热孔(坑)直接测量岩土体的热响应，能较准确地得到地下岩土的综合热物理性质。
(一)样品(标本)采样原则
由于岩土都存在不均匀性，所以除了在标本采集时尽量均匀布置外，还要对标本测定结果进行数理统计，求取不同岩性代表性较强的特征值。测试原理是通过对原状样品加热，测量其温度变化，来求取两者之间的因果关系。
(二)岩土原位测试原理
根据线源热传输理论设计的现场换热测试是一种热响应试验，它一般利用实际换热孔构成一个恒热流加载测温装置，通过测试仪器，对测试孔进行一定时间的连续加热，测量并记录岩土体温度变化，获得岩土综合热物理性质参数及岩土初始平均温度，也可称为现场换热试验或原位热响应试验。广义的热响应试验是在对被测物体加热过程中，观测其温度变化的试验方法。
(三)抽水/回灌试验相关参数获取
静水位、动水位、出水量为抽灌试验实测值，其他参数由计算或数值模拟获得。抽水、回灌试验相关参数计算方法:
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式中:K———渗透系数(m/d);
Q———出水量(m3/d);
S———水位降深(m);
M———承压水含水层的厚度(m);
R———抽水井过滤器的半径(m);
r———影响半径(m)。
(四)现场换热测试相关参数的确定
1.现场换热测试技术要求
2005年11月30日，中华人民共和国建设部发布了国家标准《地源热泵系统工程技术规范》(GB50366－2005)(以下简称《规范》)。为了使《规范》更加完善合理，统一规范岩土热响应试验方法，正确指导地埋管地源热泵系统的设计和应用，2009年，中华人民共和国住房和城乡建设部组织相关单位对该《规范》进行局部修订，并于2009年3月批准了对该规范的局部修订(自2009年6月1日起实施)。局部修订部分指出了在什么情况下必须要进行热响应试验，规定了热响应试验的方法和测试结果的用途。目前，测试方法技术的规定需参照该《规范》附录C的要求，以下为附录C的部分内容。
附录C 岩土热响应试验(新增)
C.1一般规定
C.1.1工程场地状况及浅层地热能资源条件是能否应用地源热泵系统的前提。地源热泵系统方案设计之前，应根据实地勘察情况，选择测试孔的位置及测试孔的数量，确定钻孔、成孔工艺及测试方案。如果在打孔区域内，由于设计需要，存在有成孔方案或成孔工艺不同，应各选出一孔作为测试孔分别进行测试;此外，对于地埋管换热器埋设面积较大，或地埋管换热器埋设区域较为分散，或场区地质条件差异性大的情况，应根据设计和施工的要求划分区域，分别设置测试孔，相应增加测试孔的数量，进行岩土热物性参数的测试。
C.1.2通过对岩土层分布、各层岩土土质以及地下水情况的掌握，为热泵系统的设计方案遴选提供依据。钻孔地质综合柱状图是指通过现场钻孔勘察，并综合场区已知水文地质条件，绘制钻孔揭露的岩土柱状分布图，获取地下岩土不同深度的岩性结构。
C.1.4作为热源热泵系统设计的指导性文件，报告内容应明晰准确。
参考标准是指在岩土热响应试验的进行过程中(含测试孔的施工)，所遵循的国家或地方相关标准。
由于钻孔单位延米换热量是在特定测试工况下得到的数据，受工况条件影响很大，不能直接用于地埋管地源热泵系统的设计。因此该数值仅可用于设计参考。
报告中应明确指出，由于地热结构的复杂性和差异性，测试结果只能代表项目所在地岩土热物性参数，只有在相同岩土条件下，才能类比作为参考使用，而不能片面地认为测试所得结果即为该区域或该地区的岩土热物性参数。
C.1.5测试现场应提供满足测试仪器所需的、稳定的电源。对于输入电压受外界影响有波动的，电压波动的偏差不应超过5%;测试现场应为测试仪器提供有效的防雨、防雷电等安全防护措施。
C.1.6先连接水管和地埋管换热器等外部非用电的设备，在检查完外部设备连接无误后，最后再将动力电连接到测试仪器上，以保证施工人员和现场的安全。
C.2测试仪表
C.2.3对测试仪器仪表的选择，在选择高精度等级的元器件同时，应选择抗干扰能力强，在长时间连续测量情况下仍能保证测量精度的元器件。
C.3岩土热响应试验方法
C.3.1测试仪器的摆放应尽可能地靠近测试孔，摆放地点应平整，便于有关人员进行操作，同时减少水平连接管段的长度以及连接过程中的弯头、变径，减少传热损失。
在测试现场，应搭设防护措施，防止测试设备受日晒雨淋的影响，造成测试元件的损坏，影响测试结果。
岩土热物性参数作为一种热物理性质，无论对其进行放热还是取热试验，其数据处理过程基本相同。因此本规范中只要求采用向岩土施加一定加热功率的方式，来进行热响应试验。
现有的主要计算方法，是利用反算法推导出岩土热物性参数。其方法是:从计算机中取出试验测试结果，将其与软件模拟的结果进行对比，使得方差和 取得最小值时，通过传热模型调整后的热物性参数即是所求结果。其中，Tcal，i为第i时刻由模型计算出的埋管内流体的平均温度;Texp，i为第i时刻实际测量的埋管中流体的平均温度;N为试验测量的数据的组数。也可将试验数据直接输入专业的地源热泵岩土热物性测试软件，通过计算分析得到当地岩土的热物性参数。
以下给出一种适用于单U形竖直地埋管换热器的分析方法，以供参考。
地埋管换热器与周围岩土的换热可分为钻孔内传热过程和钻孔外传热过程。相比钻孔外，钻孔内的几何尺寸和热容量均很小，可以很快达到一个温度变化相对比较平稳的阶段，因此埋管与钻孔内的换热过程可近似为稳态换热过程。埋管中循环介质温度沿流程不断变化，循环介质平均温度可认为是埋管出入口温度的平均值。钻孔外可视为无限大空间，地下岩土的初始温度均匀，其传热过程可认为是线热源或柱热源在无限大介质中的非稳态传热过程。在定加热功率的条件下:
1钻孔内传热过程及热阻
钻孔内两根埋管单位长度的热流密度分别为q1和q2，根据线性叠加原理有:
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式中:Tf1，Tf2———分别为两根埋管内流体温度(℃);
Tb———钻孔壁温度(℃);
R1，R2———分别看作是两根管子独立存在时与钻孔壁之间的热阻(m·K/W);
R12———两根管子之间的热阻(m·K/W)。
在工程中可以近似认为两根管子是对称分布在钻孔内部的，其中心距为D，因此有:
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其中埋管管壁的导热热阻Rp和管壁与循环介质对流换热热阻Rf分别为:
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式中:di———埋管内径(m);
do———埋管外径(m);
db———钻孔直径(m);
λp———埋管管壁导热系数(W/(m·K));
λb———钻孔回填材料导热系数(W/(m·K));
λs———埋管周围岩土的导热系数(W/(m·K));
K———循环介质与U形管内壁的对流换热系数(W/(m2·K))。
取ql为单位长度埋管释放的热流量，根据假设有:q1=q2=ql/2，Tf1=Tf2=Tf，则式(9)可表示为:
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由式(10)～(13)可推得钻孔内传热热阻Rb为
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2钻孔外传热过程及热阻
当钻孔外传热视为以钻孔壁为柱面热源的无限大介质中的非稳态热传导时，其传热控制议程、初始条件和边界条件分别为
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式中:cs———埋管周围岩土的平均比热容(J/(kg·℃));
T———孔周围岩土温度(℃);
Tff———无穷远处土壤温度(℃);
ρs———岩土周围岩土的平均密度(kg/m3);
t———时间(s)。
由上述方程可求得t时刻钻孔周围土壤的温度分布。其公式非常复杂，求值十分困难，需要采取近似计算。
当加热时间较短时，柱热源和线热源模型的计算结果有显著差别;而当加热时间较长时，两模型计算结果的相对误差逐渐减小，而且时间越长差别越小。一般国内外通过实验推导钻孔传热性能及热物性所采用的普遍模型是线热源模型的结论，当时间较长时，线热源模型的钻孔壁温度为:
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式中:
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由式(13)和式(19)可以导出τ时刻循环介质平均温度，为
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式(14)和式(20)构成了埋管内循环介质与周围岩土的换热方程。式(20)有两个未知参数，周围岩土导热系数λs和容积比热容ρscs，利用该式可以求得上述两个未知参数。
C.3.2测试孔的深度相比实际的用孔过大或过小都不足以反映真实的岩土热物性参数;如果测试孔与实际的用孔相差过大，应当按照实际用孔的要求，制作测试孔;或将制成的实际用孔作为测试孔进行测试。
C.3.3通过近年来对多个岩土热响应试验的总结，由于地质条件的差异性以及测试孔的成孔工艺不同、深度不一，测试孔恢复至岩土初始温度时所需时间也不一致，通常在48h后测试埋管的状态基本稳定;但对于采用水泥基料作为回填材料的，由于水泥在失水的过程中会出现缓慢的放热，因此对于使用水泥基料作为回填材料的测试孔，测试孔应放置足够的时间(宜为10d以上)，以保证测试孔内岩土温度恢复至与周围岩土初始平均温度一致;此外，测试孔成孔完毕后，要求将测试孔放置48h以上，也是为了使回填料在钻孔内充分地沉淀密实。
C.3.4随着岩土深度以及岩土性质的不同，各个深度的岩土初始温度也会有所不同。待钻孔结束，钻孔内岩土温度恢复至岩土初始温度后，可采用在钻孔内不同深度分别埋设温度传感器(如铂电阻温度探头)或向测试孔内注满水的PE管中，插入温度传感器的方法获得岩土初始的温度分布。
C.3.5岩土热响应试验是一个对岩土缓慢加热直至达到传热平衡的测试过程，因此需要有足够的时间来保证这一过程的充分进行。在试验过程中，如果要改变加热功率，则需要停止试验，待测试孔内温度恢复至与岩土的初始平均温度一致时，才能再进行岩土热响应试验。
对于采用加热功率的测试，加热功率大小的设定，应使换热流体与岩土保持一定的温差，在地埋管换热器的出口温度稳定后，其温度宜高于岩土初始平均温度5℃以上。如果不能保持一定的温差，试验过程就会变得缓慢，影响试验结果，不利于计算导出岩土热物性参数。
地埋管换热器出口温度稳定，是指在不少于12h的时间内，其温度的波动小于1℃。
C.3.6为有效测试项目所在地岩土热物性参数，应在测试开始前，对流量进行合理化设置:地埋管换热器内流速应能保证流体始终处于紊流状态，流速的大小可视管径、测试现场情况进行设定，但不应低于0.2m/s。
2.平均热导率的确定
在平均导热系数确定的简化分析模型中引进如下假设:①钻孔周围是均匀的(模拟所需是平均参数);②埋管与周围岩土的换热可认为是钻孔中心的一根线热源与周围岩土进行换热，沿长度方向的传热量忽略不计;③埋管与周围岩土的换热强度维持不变(可以通过控制加热功率实现)。
根据上述假设，由换热器与其周围岩土体换热的换热方程可确定管内流体平均温度与深层岩土体的初始温度之间的关系可表达为
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式中:
db———钻孔直径(m);
Cs———岩土体的比热容(J/(kg·℃));
Ks———周围岩土的导热系数(W/(m·℃));
ql———单位长度线热源热流强度(W/m);
R0———单位长度钻孔内的总热阻(℃/W);
Tf———埋管内流体平均温度(℃);
Tff———无穷远处岩土体温度(℃);
ρs———岩土体的密度(kg/m3);
t———时间(s)。
在以上简化模型中有三个未知参数Ks，R0和ρsCs。其中ρsCs可以通过土样分析测试及选取经验数据进行加权平均计算而得，ks和R0可以利用传热反演求解结合最优化方法同时确定。根据换热量现场测试，测量回路中水的温度及其所对应的时间，根据已知的数据反推钻孔周围岩土体的导热系数Ks和钻孔内热阻R0。将通过传热模型得到的流体的平均温度与实际测量的结果进行对比，通过调整传热模型中周围岩土体的导热系数和钻孔内热阻，当计算得到的结果与实测的结果误差最小时，对应的导热系数值即是所求的结果。
土石混合体渗透性能的试验研究
周中1 傅鹤林1 刘宝琛1 谭捍华2 龙万学2 罗强2
（1.中南大学土木建筑学院 湖南 长沙 410075
2.贵州省交通规划勘察设计研究院 贵州 贵阳 550001）
摘要 土石混合体属于典型的多孔介质，其渗透特性与砾石的百分含量关系密切。通过自制的常水头渗透仪，测定了不同含砾量时土石混合体渗透系数值，研究发现含砾量与土石混合体渗透系数之间存在指数关系；基于幂平均法，提出了土石混合体复合渗透系数的计算公式，并通过试验结果验证了该式的正确性，为土石混合体渗透系数的理论计算提供了一个简明有用的计算工具。
关键词 土石混合体 多孔介质 渗透性能 复合渗透系数 经验公式
土石混合体一般是由作为骨料的砾石或块石与作为充填料的粘土或砂组成，它是介于土体与岩体之间的一种特殊的地质体，是土和石块的介质耦合体［1］。因为土石混合体具有物质组成的复杂性、结构分布的不规则性以及试样的难以采集性等特殊的性质，从而给研究带来极大的困难，目前人们对于它的研究仍处于探索之中［2］。渗透与强度和变形特性都是土力学中所要研究的主要力学性质，其在土木工程的各个领域都有重要的作用［3］。土石混合体属于典型的非均质多孔介质［4］，其渗透系数是由高渗透性的砾石和低渗透性的土体复合而成的。土的渗透系数可以通过室内试验由达西定理计算得出，然而土石混合体的渗透系数却难以确定，主要原因是：取样困难；难以进行常规的渗透试验；大尺度的渗透试验不仅造价高、准确性差，而且试验结果离散度大，难以掌握其规律性。因此能够求出土石混合体复合渗透系数的计算公式具有重要的理论意义和工程应用价值。
土石混合体中土与砾石粒径的界限值为5mm，即将粒径小于5mm的颗粒称为土、大于5mm的颗粒称为石，砾石含量用P5表示［1］。利用自制的常水头渗透仪，研究砾石体积百分含量P5从0%逐步过渡到100%（间隔10%）时土石混合体的渗透系数，每种配比作平行试验3次，共33次渗透试验。
1 土石混合体渗透性能试验
1.1 试样的基本物理力学性质
试验所取土样为正在修建的上瑞高速公路贵州段晴隆隧道出口处典型性土石混合体，其天然状态土的物理指标及颗粒级配曲线见表1和图1。由图1可知现场取回土样的不均匀系数Cu为12.31，说明土样中包含的粒径级数较多，粗细粒径之间差别较大，颗粒级配曲线的曲率系数Cc为1.59，级配优良。
表1 天然状态土的基本物理指标
图1 天然状态土的颗粒级配曲线
1.2 大型渗透仪的研制
《土工试验规程》（SL237—1999）规定粗粒土的室内渗透系数需由常水头渗透仪测试，国内常用的常水头渗透仪是70型渗透仪。70型渗透仪的筒身内径为9.44cm，试验材料的最大粒径为2cm，规范［5］要求筒身内径应为最大粒径的8～10倍，因此70型渗透仪的筒身内径过小，有必要研制大尺寸的渗透仪。自制渗透仪的内径和试样高度至少应为最大颗粒粒径的8倍，即至少应为16cm，另外，考虑到边界效应，试样的上下两头分别增加2cm，因此，自制渗透仪的内径和试样高分别取为16cm和20cm。考虑到土石混合体的渗透性较强，选取进排水管的口径为2cm。自制的大型常水头渗透仪如图2和图3所示。
图2 自行研制的渗透仪
图3 常水头渗透仪示意图
数据单位为cm
1.3 试验步骤
首先，将由现场取回的土样烘干、过筛，并根据粒径的大小分为0～5 mm的土和5～20mm的砾石两部分。然后，按照试验要求的砾石体积百分含量P5，以10%的初始含水量配制试样，静置24 h。试验时，将配制好的试样分层装入圆桶中，每层装料厚度30mm左右，分层压实，记录每层的击实数。按上述步骤逐层装样，至试样顶部高出测压孔约3cm为止。测出装样高度，准确至0.1cm。在试样顶部铺一层2cm厚的细砾石作缓冲层。之后，由进水管注入蒸馏水，直至出水孔有水流出，静置24 h使试样充分饱和。用量筒从渗透水出口测定渗透量，同时用温度计测量水温，用秒表测记经一定时间的渗水量，共测读6次，取其平均值，6次结果相差不得超过7%，否则需重新测定。
1.4 试验数据
按照试验设计的各种砾石体积百分含量P5共需作11组试验，每组试验作平行试验三次，取3次测量的平均值，并乘以温度校正系数
，即可求出每组试验20℃时的渗透系数，渗透系数的测量结果见表2。
表2 渗透系数测定结果
2 试验结果分析
2.1 渗透系数与砾石含量的关系
不同含砾量的颗粒级配曲线如图4所示，由图4可以求出各曲线的粒径特征系数及不均匀系数Cu和曲率系数Cc。
图4 试样的颗粒级配曲线
图5为土石混合体砾石含量P5与20℃时渗透系数的关系曲线。从图5可以看出，随着含砾量的增加，渗透系数急剧增加，可见，在设计中可以通过调节砾石的含量来控制土石混合体的宏观渗透性能。
图5 粗粒含量与渗透系数的关系
从图5还可以发现，土石混合体中砾石的含量P5与渗透系数k之间存在指数关系，与文献［6］的研究成果相似，即
土石混合体
式中：k0为P5＝0时土的初始渗透系数；n为与土石混合体本身性质相关的常数。对于文中试验值，k0与n分别为0.0006cm/s和8.82。在工程中可以通过少量试验来确定k0，n值，以此来预测不同级配土石混合体的渗透性。
2.2 土石混合体的复合渗透系数
近几十年来，许多学者在揭示影响和决定土的渗透系数内在因素及其相互关系方面进行了大量工作，并取得了有益的成果［7～12］，被认为依然有效且目前常用的确定渗透系数的半经验、半理论公式有：
（1）水利水电科学研究院公式［7］：
土石混合体
式中：k10，k20分别为温度为10℃和20℃时的渗透系数（cm/s）；η10/η20为温度为10℃和20℃的粘滞系数比；n为孔隙率；d20为等效粒径（mm）。
（2）泰勒（Taylor）［9］用毛管流的哈根-伯努力（Hange-Poiseuille）方程导出渗透系数的表达式：
土石混合体
式中：ds为当量圆球直径，可以用等效粒径d20代替；γw为液体容重；μ为液体粘滞度；e为孔隙比；C为形状系数，通常取C＝0.2。
式（2）和式（3）均是针对土体的渗透特性提出的半经验、半理论公式，然而对于非均质性更强、粒径差别更大的土石混合体来说，其适用性不是很强。土石混合体中砾石形成骨架，细颗粒充填孔隙，其渗透系数是由低渗透介质土体的渗透系数kS和高渗透性介质砾石的渗透系数kG复合而成。土石混合体复合渗透系数不是按体积百分含量的简单复合，而是高低渗透性介质的耦合。在参考相关文献［10～12］的基础上，基于幂平均法，本文提出的土石混合体复合渗透系数k复合的表达式为
土石混合体
式中：P5为砾石的体积百分含量，%；kG为砾石的渗透系数，cm/s；kS为土的渗透系数，cm/s；f为系数。
砾石的体积百分含量P5可以由筛分法求出；土的渗透系数kS和砾石的渗透系数kG可以由室内试验直接求出或参考相关资料确定；系数f可以通过少量试验回归分析确定，因此可以说（4）式是一个简明实用的土石混合体复合渗透系数计算公式。
图6 不同计算方法结果比较
为进一步验证（4）式，我们将试验测得的k值与用（2），（3），（4）式计算得到的k值进行对比分析。结果见图6，具体数值见表3。由图6和表3可知据水利水电科学研究院公式和泰勒公式计算结果均高于实测值，尤其是当P5≤30%时，（2）式计算结果和（3）式计算结果比实测值大2～3个数量级，与实测值相差较大。而用本文方法得到的土石混合体的渗透系数最接近实测值，平均相对误差仅为0.6%，能够作为土石混合体渗透系数定量预测的有效工具。在工程设计中，可以根据工程对土石混合体渗透性的要求，依据本文提供的经验公式，调整土石混合体中砾石的含量，达到控制土石混合体渗透能力的目的。
表3 土石混合体渗透系数及相关参数
3 结论
（1）利用自制的常水头渗透仪，测定了不同含砾量时土石混合体的渗透系数值，并指出含砾量与土石混合体渗透系数之间存在指数关系。在工程设计中可以通过合理调整土石混合体中砾石的含量，达到控制其渗透性能的目的。
（2）指出土石混合体的渗透系数是一种由高渗透性的砾石和低渗透性的土体复合而成的，给出了土石混合体复合渗透系数的计算公式，并通过试验结果验证了计算公式的正确性，为土石混合体渗透系数的定量预测提供了一个简明有用的计算工具。
参考文献
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［3］黄文熙.土的工程性质.北京：水利电力出版社.1984：60～129
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［6］邱贤德，阎宗岭，刘立等.堆石体粒径特征对其渗透性的影响.岩土力学，2004，25（6）：950～954
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［12］ Noetinger B.The effective permeability of a heterogeneous porous medium.Transport in Porous Media，1994，15：99～127
谁有水泥的取样标准
取样
常用建材取样试验方法
一、水泥
1、试验规范标准：
（1）、《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》（GB/T17671-1999）
（2）、《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》（GB/T1346-2001）。
（3）、《水泥细度检验方法》（GB175-1992）
（4）、《硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥及粉土等灰硅酸盐水泥》（GB1344-1992）。
（5）、《矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥及粉土等灰硅酸盐水泥》（GB1344-1992
2、编号和取样
水泥出厂前按同品种、同标号来编号和取样，袋装水泥和散装水泥应分别进行编号和取样，每一编号为一取样单位，水泥出厂编号按水泥厂年生产能力规定。
3、取样送样规则：
（1）、首先要掌握所购买的水泥的生产厂是否具有产品生产许可证及上海市建委核发的建设工程材料准用证。
（2）、水泥委托检验样必须以每一个出厂水泥编号并不超过400T为一个取样单位，不得有两个以上的出厂编号混合取样。
（3）、水泥试样必须在同一个编号不同部位处等量采集，取样点至少在20点以上，经混合均匀后用防潮容器包装，重量不少于12Kg。
（4）、委托单位必须逐项填写检验委托单，如水泥生产厂名、商标、品种、标号、出厂编号或出厂日期、工程名称、物理检验项目（安定性、强度、细度、稠度、凝结时间等）
（5）、水泥出厂日期超过三个月应在使用前作复检，并留样保存三个月。
二、砂、石
1、试验规范标准：
（1）《水运工程混凝土试验规程》（JT270-1998）、
（2）《水运工程混凝土施工规范》（JTJ268-1996）。
2、砂石的验收
按同产地、同规格分批验收，用大型工具运输的，以600t为一验收批。
3、取样规定：
（1）、在料堆上取样时，取样部位应均匀分布。取样前，先将取样部位表层铲除，然后对于砂子由各部位抽取大致相等的8份，组成一组样品，对于石子由各部位抽取大致相等的15份（在料堆的顶部、中部和底部各由均匀分布的五个不同部分取样）组成或一组样品
（2）、从汽车、货船上取样时，应从不同部位和深度抽取大致相等的砂为8份，石为16份，分别组成一组样品。
（3）、若检验不合格时，应重新取样。
（4）、石子的送检数量为石子最大粒径×2kg，如最大粒径为31.5mm，则取样数量为31.5mm，则取样数量为31.5×3=63kg。
（5）、每组样品应妥善包装，并附样品卡片，标明样品的编号、名称、取样时间、产地、规格、样品量、要求检验的项目及取样方式。
4、检测项目：
（1）、对于砂子，每验收批至少应进行颗粒级配、含砂量和泥块含量检验，根据工程要求，可增加检测项目，如：表观密度、堆积密度。砂子送检数量至少为25kg。
（2）、对于石子，每验收批至少进行颗粒级配、含泥量、泥块含量检验。（其中针片状颗粒含量和压碎指标检验，当试验连续三次以上符合要求时，可一个月做一次，再连续三次符合要求，可一季度做一次检测）。根据工程要求，可增加检测项目。
三、钢筋母材
（一）、机械性能
1、试验方法、标准：
（1）、《金属拉伸试验方法》（GB228-1987）
（2）、《金属材料弯曲试验方法》（GB/T232-1999）
（3）、《钢筋混凝土用热扎带肋钢筋》（GB1499-1998）
（4）、《金属材料室温拉伸试验方法》（GB/T228-2002）
（5）、《低碳钢热扎圆盘条》（GB/T701-1997）
（6）、《水运工程混凝土施工规范》（JTJ268-1996）
2、取样规则
（1）、钢筋应按批进行检查和验收、每批重量不大于60t，每批应由同一牌号、同一炉罐号、同一规格、同一交货状态的钢筋组成。
（2）、冷拉钢筋应分批进行验收，每批由重量不大于20t的同级别、同直径的冷拉钢筋组成。
3、取样数量
钢筋的试样数量根据其供货形式的不同而不同。
（1）、直条钢筋、冷拉钢筋，每批应做2个拉伸试验、2个弯曲试验；
（2）、盘条钢筋，每批盘应做1个拉伸试验，2个弯曲试验。
4、取样方法
拉伸和弯曲试验的试样可在每批材料中任选两根钢筋切取，去掉头部50cm，各取一拉一弯
钢筋日常习惯试件长度： 单位（mm）
试件直径 拉伸试件长度 弯曲试件长度 反复弯曲试件长度
6.5~20 300~400 250 150~250
22~32 350~450 300
5、委托书填写：必须填写钢筋的种类、直径、成产厂家、出厂编号或炉号、代表吨位、工程名称、使用单位全称、送样人、送样日期、、见证单位全称、见证人、见证人证号
（二）、钢筋化学分析：
1、试验方法、标准：
（1）、《钢筋混凝土用热扎光圆钢筋》（GB13013-1991）
（2）、《钢筋混凝土用热扎带肋钢筋》（GB1499-1998）
（3）、《钢筋混凝土用余热处理钢筋》（GB13014-1991）
（4）、《炭素结构钢》（GB/700-1988）
（5）、《低碳钢热扎圆盘条》（GB/T701-1997）
2、每一炉罐号的钢材应取一个样进行化学分析；钢筋在加工过程中发现脆断、焊接性能不良或机械性能显著不正常等现象时，应进行化学成分检验或其它专项的检验。化学分析质保书应由供货方提供。
3、试样必须在钢材具有代表性的部位采取，样屑可以钻取、刨取，应粉碎并混合均匀，并去除表面氧化铁皮和脏物。
四、钢筋焊接件：
1、试验规范、标准：
（1）、《水运工程混凝土施工规范》（JT268-1996）
（2）、《钢筋焊接接头试验方法标准》（JGJ/T27－2001）
2、闪光对焊：
①、应从每批成品中切取6个试件，3个作拉伸试验，3个作弯曲试验；
②、在同一班内，由同一焊工完成的300个同级别、同直径钢筋焊接头应作为一批。当同一班内焊接的接头数量较少，可在一周之内累计计算；累计仍不足300个接头，应按一批计算；
③、闪光对焊施焊前如改变钢筋级别、直径或调换焊工时，均应制作两个试样，作冷弯试验，合格后才能按相应的参数成批焊接。；
④、取样尺寸
拉伸钢筋：40～50cm
弯曲钢筋：（D+2.5D）+150mm（适用钢筋直径为10～25mm）注≤2.5mm D＝4d d—钢筋直径
⑤、接头处不得有横向裂纹；接头处的弯折角不得大于4度；接头处的钢筋轴线偏移，不得大于0.1倍钢筋直径，同时不得大于2mm。
3、电阻电焊
①、凡钢筋级别、直径及尺寸均相同的焊接制品，即为同一类型制品，每200件为一批；②、热扎钢筋点焊应作抗剪试验，试件为3件；冷拔低碳钢丝焊点，除作抗剪试验外，还应对较小钢丝作拉伸试验，试件为3件。
4、电弧焊
①、在工厂焊接条件下，以300个同类型接头（同钢筋级别、同接头型式）为一批；不足300个时，仍作为一批。
②、从每批成品中切取3个接头作拉伸试验，取样尺寸40～60cm。
③、进行电弧焊，施焊前或改变钢筋级别、直径、焊条型号，调换焊工时，应制作2个拉伸试验，试验结果大于或等于该类钢筋的抗拉强度时，才允许正式试焊。
④、电弧焊焊缝长度单面焊10d，双面焊5d（d—钢筋直径）。
5、焊接件委托书填写：
必须填写钢筋的种类、直径、焊接形式、焊工姓名、焊工证号、工程名称、使用单位全称、送样人、送样日期、代表接头数量、见证单位全称、见证人、见证人证号。
五、混凝土试件：
1、试验规范、标准：
（1）《水运工程混凝土施工规范》（JTJ268-1996）
（2）《水运工程混凝土试验规程》（JTJ270-1998）
2、混凝土试件的取样频率：
（1）、现场搅拌混凝土：
混凝土试样应在混凝土浇注地点随机抽取，取样频率应符合下列规定：
①、连续浇筑大于40m3的混凝土时，每100 m3取一组，不足100 m3者也应取一组。
②、连续浇筑小于等于40 m3时，每20～40 m3取一组；小于20 m3每工作班取一组。
③、当配合比有变动时，每一配合比均应留置试件。
（2）、商品混凝土
①、用于交货检验的混凝土试样应在交货地点采取，按每100m3相同配合比的混凝土，取样不少于一次，一个工作班拌制的相同配合比的混凝土不足100 m3时，取样不少于一次，当在一个分项工程中连续供应相同配合比的混凝土大量大于1000 m3时，其交货检验的试样为每200 m3混凝土取样不得少于一次。
②、用于出厂检验的混凝土试样不得少于一次，每一工作班相同的配合比的混凝土不足100盘时，取样亦不得少于一次。
③、对于预拌混凝土拌合物的质量，每车应目测检查，混凝土坍落度检验的试样，每100m3相同的配合比的混凝土取样检验不得少预一次，当一个工作班相同配合比的混凝土不足100 m3时，也不得少于1次。
3、混凝土试样的见证送样：
混凝土试件必须由施工单位送样人会同建设单位（或委托监理单位）见证人一起陪同送样，进试验室时，应认真写好“委托单”上所要求的全部的内容，如工程名称、使用部位、设计强度等级、捣制日期、配合比、坍落度等。
六、水泥砂浆
1、试验规范、标准：
（1）、《水运工程混凝土试验规程》（JTJ270-1998）
（2）、《水运工程混凝土施工规范》（JTJ268-1996）
2、取样方法
每批水泥垫块制作均须成型3个试件，尺寸为70.7×70.7×70.7，有三联模。
3、委托填写：
委托单位全称、工程名称、工程部位、配合比、成型日期、每方水泥用量、水泥品种、送样人、送样日期、见证单位全称、见证人、见证人证号、抗压强度。
七、混凝土外加剂：
1、外加剂试验方法、标准：
（1）、《混凝土外加剂》（GB8076-1997）
（2）、《混凝土外加剂匀质性试验方法》（GB/T8077-2000）
2、外加剂种类：
普通减水剂、高效减水剂、缓凝高效减水剂、早强减水剂、缓凝减水剂、引气减水剂、早强剂、缓凝剂、引气剂等九种。
3、取样的数量：
每批取样量不少于0.2T水泥所需用的外加剂量；每一编号取得的试样应充分混均，分为两等份，一份按GB8076-1997标准规定方法与项目进行试验，另一份要密封保存半年。取样代表数量每一编号不大于10t。并提供出厂质保书。
4、检测项目：
（1） 液体：固体含量、密度、PH值、减水率（不必每次做）。
（2） 固体：含水量、细度、砂浆减水率
八、混凝土泵送剂：
1、试验规范、标准：
《混凝土泵送剂》（JC473-2001）
2、取样数量：
每批取样量不少于0.5T水泥所需用的泵送剂量；每一编号取得的试样应充分混均，分为两等份，一份按JC473-2001标准规定方法进行试验，另一份要密封保存半年。取样代表数量每一编号不大于10t。并提供出厂质保书。
3、检测项目：
液体：固体含量、密度、水泥净浆流动度（不必每次做）
九、粉煤灰：
1、试验规范、标准：
（1）、《港口工程粉煤灰混凝土技术规程》（JTJ/T273-1997）、
（2）、《水运工程混凝土试验规程》（JTJ270-1998））、
（3）、《水泥化学分析方法》（GB/T176－1996）。
2、粉煤灰的取样应以同一灰源连续供应的200t相同等级的粉媒灰为一批，不足200t时，按一批计。
3、散装灰的取样，应从每批不同的部位取得15份试样，每份不得少于1kg混合均匀，按四分法缩取比试验用量大一倍试样。取样数量6kg。
4、试验项目：
（1）、一般检测项目：细度、烧矢量；
（2）、全套检测项目：细度、烧矢量、含水率、需水量比、三氧化硫每批粉媒灰应测定细度、烧失量，当灰源变化时，应测定SO3和需水比，同一灰源每季度应测定一次SO3含量。
十、粒化高炉矿渣粉：
1、试验规程、标准
（1）、《粒化高炉矿渣微粉在水泥混凝土中应用技术规程》（DG/TJ08-1999）
（2）、《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》（GB/T18046-2000）。
2、取样方法：
在20个以上不同部位取等量样品，总量至少20kg，试样混匀后，按四分法缩取处比试验所需量大一倍的试样。取样数量：6kg。代表数量每批不得大于200t。
3、试验项目：
活性指数、流动度。
十一、充填用砂：
1、试验规范、标准
（1）、《水运工程混凝土施工规范》（JTJ268-1996）
（2）、《水运工程混凝土试验规程》（JTJ270-1998）
2、从同一取砂点取样，每1000m3为一个样，用四分法缩分成一份试样。取样数量为8kg。
3、质量评定标准：
①、当砂粒径大于0.075mm的含量大于总质量的91%以上，可判该砂样质量符合要求，不必再做0.05mm粘粒含量的检测。
②、当砂粒径大于0.075mm的含量大于总质量的85～90%之间，再增加粒径大于0.05mm的含量的检测，当粒径大于0.05的含量大于总质量的90%时，则该批砂样质量符合要求。
4、检测项目：
颗粒级配、含泥量
十二、土工织物：
1、试验规范、标准：
（1）、《土工布的取样和试验准备》（GB/T13760-1992）
（2）、《水运工程土工织物应用技术规范》（JTJ/T239-1998）
2、确定抽样数量：
380g/ m2复合布、230g/
m2机织布随机抽样以10000m2一个，加筋带、丙纶绳随机抽样以20000m一个，每供货批取样不少于一个
3、选择卷装：
抽取的卷装个数确定后，到产品车间、仓库或交货场地选择卷装，应作到随机抽取，无破损，黑色塑料包装应完整。
4、剪样品：
（1）卷装好，所选的卷装上剪取全幅宽的一段作样品，样品长度应满足所有的检测项目对试样尺寸的要求，保证全套试验的试样在同一样品剪取。一般土工布以6m2、加筋带7m、丙纶绳15m、包缝长3m（宽40cm）为宜。
（2）样品应避开卷装的头两层、污渍、折痕、破洞以及非生产原因产生的其他可见疵点
5、标记样品：
用箭头标记标明卷装的长度方向（即产品的纵向或径向）、供货方或生产方、产品名称、卷号、取样日期。
6、保存样品
做好标记后，将其卷起，不要折，交送检测部门。
7、检测项目：
（1）、380g/ m2复合布、230g/ m2机织布：
单位质量、厚度、抗拉强度、延伸率、梯形撕裂强度、顶破强度、刺破强度、落锥穿透直径、孔径、垂直渗透系数。
（2）、加筋带、丙纶绳：
单位重量、拉伸负荷、伸长率。
说 明：
为确保进场材料的质量，根据《水运工程施工监理规范》(JTJ216-2000) 6.1.5的规定，对施工单位自行检测的材料和混凝土试件，监理应按施工单位检测数量的10%进行平行试验。应做到计划与随机相结合，平行试验项目既要有重点，又要有面，既可按比例抽样也可针对项目中发现的问题加密取样，总之要有代表性，并全面监控。平行试验工作不能由施工单位试验室代替，更不能随意到任意一试验部门进行试验，平行试验工作不能影响施工进度，更不能先用后试。如施工单位复检结果与监理的平行检测结论不一致时，以监理平行检测结果为准，不合格应做退货处理，并做好退货台帐
影响固体废物采样与制样准确性的因素有哪些
必须工业用性质
般工业固体废物贮存、处臵场污染控制标准
(GB18599-2001)
前言
1. 主题内容与适用范围 2. 引用标准 3. 定义
4. 贮存、处臵场类型 5. 场址选择环境保护要求 6. 贮存、处臵场设计环境保护要求 7. 贮存、处臵场运行管理环境保护要求 8. 关闭与封场环境保护要求 9. 污染物控制与监测 10. 标准实施与监督
前 言
贯彻《华民共固体废物污染环境防治》防治般工业固体废物贮存、处臵场二污染制定本标准
本标准规定般工业固体废物贮存、处臵场选址、设计、运行管理、关闭与封场、及污染控制与监测等内容 本标准首发布
本标准由家环保总局科技标准司提 本标准由原冶金部马鞍山矿山研究院负责起草 本标准由家环境保护总局负责解释
1主题内容与适用范围
1. 1主题内容
本标准规定般工业固体废物贮存、处臵场选址、设计、运行管理、关闭与封场、及污染控制与监测等要求 1.2适用范围
本标准适用于新建、扩建、改建及已经建投产般工业固体废物贮存、处臵场建设、运行监督管理；适用于危险废物垃圾填埋场
2 引用标准
列标准所包含条文本标准引用构本标准条文与本标准同
效
危险废物鉴别标准 GB5085.1-5085.2-1996 污水综合排放标准 GB8978-1996 气污染物综合排放标准 GB16297-1996
水质量标准
GB／T14848-93
工业固体废物采制技术规范 HJ/T20-1996
固体废物浸毒性浸 GB5086.1～5086.2-1997 固体废物浸毒性测定 GB／T15555.1～15555.12-1995 饮用水标准检验
GB5750-85
环境保护图形标志-固体废物贮存(处臵)场 GB15562.2-1995 述标准修订,应使用其新版本
家环境保护总局 2001-11-26 批准 2002-07-01实施
3定义
本标准采用列定义： 3.1 般工业固体废物
系指未列入《家危险废物名录》或者根据家规定GB5085鉴别标准GB5086及GB／T 15555鉴别判定具危险特性工业固体废物
3.2 第Ⅰ类般工业固体废物
按照GB5086规定进行浸试验获浸液任何种污染物浓度均未超GB8978高允许排放浓度且PH值6至9范围内般工业固体废物
3.3 第Ⅱ类般工业固体废物
按照GB5086规定进行浸试验获浸液种或种污染物浓度超GB8978高允许排放浓度或者pH值6至9范围外般工业固体废物
3.4 贮存场
般工业固体废物臵于符合本标准规定非永久性集堆放场所
3.5 处臵场
般工业固体废物臵于符合本标准规定永久性集堆放场所 3.6 渗滤液
般工业固废物贮存、处臵程渗流液体
3.7 渗透系数
水力坡降1水穿土壤、岩石或其防渗材料渗透速度cm／
s计 3.8 防渗工程
用或工防渗材料构筑阻止贮存、处臵场内外液体渗透工程
4 贮存、处臵场类型
贮存、处臵场划ⅠⅡ两类型
堆放第Ⅰ类般工业固体废物贮存、处臵场第类简称Ⅰ类场 堆放第Ⅱ类般工业固体废物贮存、处臵场第二类简称Ⅱ类场
5场址选择环境保护要求
5.1 Ⅰ类场Ⅱ类场共同要求
5.1.1 所选场址应符合城乡建设总体规划要求
5.1.2应依据环境影响评价结论确定场址位臵及其与周围群距离并经具审批权环境保护行政主管部门批准并作规划控制依据 般工业固体废物贮存、处臵场场址进行环境影响评价应重点考虑般工业固体废物贮存、处臵场产渗滤液及粉尘等气污染物等素根据其所区环境功能区类别综合评价其周围环境、居住群身体健康、产影响确定其与住居民居住场所、农用、表水体、高速公路、交通主干道（道或省道）、铁路、飞机场、军事基等敏象间合理位臵关系
5.1.3 应选满足承载力要求基避免基沉影响特别均匀或局部沉影响
5.1.4 应避断层、断层破碎带、溶洞区及滑坡或泥石流影响区 5.1.5 禁止选江河、湖泊、水库高水位线滩洪泛区 5.1.6 禁止选自保护区、风景名胜区其需要特别保护区域
5.2 Ⅰ类场其要求
应优先选用废弃采矿坑、塌陷区
5.3 Ⅱ类场其要求
5.3.1 应避水主要补给区饮用水源含水层
5.3.2 应选防渗性能基基础层表距水位距离于1.5m
6 贮存、处臵场设计环境保护要求
6.1 Ⅰ类场Ⅱ类场共同要求
6.1.1 贮存、处臵场建设类型必须与要堆放般工业固体废物类
别相致
6.1.2 建设项目环境影响评价应设臵贮存、处臵场专题评价；扩建、改建超期服役贮存、处臵场应重新履行环境影响评价手续
6.1.3 贮存、处臵场应采取防止粉尘污染措施
6.1.4 防止雨水径流进入贮存、处臵场内避免渗滤液量增加滑坡贮存、处臵场周边应设臵导流渠
6.1.5 应设计渗滤液集排水设施
6.1.6 防止般工业固体废物渗滤液流失应构筑堤、坝、挡土墙等
设施
6.1.7 保障设施、设备运营必要应采取措施防止基沉尤其防止均匀或局部沉
6.1.8 含硫量于1.5%煤矸石必须采取措施防止自燃
6.1.9 加强监督管理贮存、处臵场应按GB15562.2设臵环境保护图形
标志
6.2 Ⅱ类场其要求
6.2.1 基础层渗透系数于1.0×10-7cm/s应采用或工材料构筑防渗层防渗层厚度应相于渗透系数1.0×10-7cm／s厚度1.5m粘土层防渗性能
6.2.2 必要应设计渗滤液处理设施渗滤液进行处理
6.2.3 监控渗滤液水污染贮存、处臵场周边至少应设臵三口水质监控井口沿水流向设贮存、处臵场游 作照井；第二口沿水流向设贮存、处臵场游作污染监视监测井；第三口设能现扩散影响贮存、处臵场周边作污染扩散监测井
质水文质资料表明含水层埋藏较深经论证认定水污染
设臵水质监控井
7 贮存、处臵场运行管理环境保护要求 7.1Ⅰ类场Ⅱ类场共同要求
7.1.1 贮存、处臵场竣工必须经原审批环境影响报告书(表)环境保护行政主管部门验收合格投入产或使用
7.1.2 般工业固体废物贮存、处臵场禁止危险废物垃圾混入 7.1.3 贮存、处臵场渗滤液达GB8978标准排放气污染物排放应满足GB16297组织排放要求
7.1.4 贮存、处臵场使用单位应建立检查维护制度定期检查维护堤、坝、挡土墙、导流渠等设施发现损坏能或异应及采取必要措施保障运行
7.1.5 贮存、处臵场使用单位应建立档案制度应入场般工业固体废物种类数量及列资料详细记录案期保存供随查阅 a) 各种设施设备检查维护资料；
b) 基沉、坍塌、滑坡等观测处臵资料；
c) 渗滤液及其处理水污染物排放气污染物排放等监测资料
7.1.6 贮存、处臵场环境保护图形标志应按GB15562.2规定进行检查维护
7.2 Ⅰ类场其要求
禁止Ⅱ类般工业固体废物混入
7.3 Ⅱ类场其要求
7.3.1 应定期检查维护防渗工程定期监测水水质发现防渗功能降应及采取必要措施水水质按GB/T 14848规定评定
7.3.2 应定期检查维护渗滤液集排水设施渗滤液处理设施定期监测渗滤液及其处理排放水水质发现集排水设施通畅或处理水质超GB8978或污染物排放标准须及采取必要措施
8 关闭与封场环境保护要求 8.1 Ⅰ类场Ⅱ类场共同要求
8.1.1 贮存、处臵场服务期满或故再承担新贮存、处臵任务应别予关闭或封场关闭或封场前必须编制关闭或封场计划报请所县级环境保护行政主管部门核准并采取污染防止措施
8.1.2 关闭或封场表面坡度般超33%标高每升高3-5m须建造台阶台阶应于1m宽度、2-3%坡度能经受暴雨冲刷强度
8.1.3 关闭或封场仍需继续维护管理直稳定止防止覆土层沉、裂致使渗滤液量增加防止般工业固体废物堆体失稳造滑坡等事
土石混合体渗透性能的正交试验研究
周中1 傅鹤林1 刘宝琛1 谭捍华2 龙万学2 罗强2
（1.中南大学土木建筑学院 湖南 长沙 410075
2.贵州省交通规划勘察设计研究院 贵州 贵阳 550001）
摘要 土石混合体作为土和石块的介质耦合体，具有非均质性、非连续性及试样的难以采集性等独特的性质，从而给研究带来极大的困难。土石混合体属于典型的多孔介质，其渗透特性与颗粒的大小、孔隙比及颗粒形状关系密切。本文采用室内正交实验，利用自制的常水头渗透仪，研究了砾石含量、孔隙比和颗粒形状三个因素在不同水平下对土石混合体渗透系数的影响。通过正交试验确定了三种因素对土石混合体渗透系数的影响顺序及各因素的显著性水平。提出了土石混合体渗透系数计算公式，并通过试验结果验证了计算公式的正确性，为土石混合体渗透系数的理论计算提供了一个简明有用的计算工具。
关键词 土石混合体 多孔介质 渗透性能 计算公式 正交试验
土石混合体一般由作为骨料的砾石或块石与作为充填料的粘土或砂组成，是介于土体与岩体之间的一种特殊的地质体，是土和石块的介质耦合体［1］。因为土石混合体具有物质组成的复杂性、结构分布的不规则性以及试样的难以采集性等独特的性质，从而给研究带来极大的困难，目前人们对于它的研究仍处于探索之中［2］。渗透与强度和变形特性，都是土力学中所要研究的主要力学性质，其在土木工程的各个领域中都有重要的作用［3］。土石混合体属于典型的非均质多孔介质［4］，其渗透特性与颗粒的大小、颗粒组成、孔隙比及颗粒形状关系密切。土的渗透系数可以通过室内试验由达西定理计算得出，然而土石混合体的渗透系数却难以确定，主要原因是：取样困难；难以进行常规的渗透试验；大尺度的渗透试验不仅造价高准确性差，而且试验结果离散度大，难以掌握其规律性。迄今为止，国内还没有对土石混合体渗透性能进行研究的资料，现有研究成果局限于利用物理和数值模拟试验对其变形和力学性质进行研究，而对渗透性还未涉及。因此，能够求出土石混合体渗透系数的计算公式具有重要的理论意义和工程应用价值。
本文研究土石混合体中砾石含量、孔隙比（压实度）和颗粒形状三个因素在不同水平下对土石混合体的渗透系数的影响，找出三因素与土石混合体渗透系数之间的关系，并提出土石混合体渗透系数计算公式。
1 土石混合体渗透性能的正交试验
1.1 正交试验方案设计
在室内试验中考虑砾石含量、孔隙比（压实度）和颗粒形状三个因素对土石混合体渗透系数的影响，就每种因素拟考虑3个水平。对于这种3因素3水平的试验，如果考虑每一个因素的不同水平对基材的影响，则根据组合可得有33组试验，这对人力、物力与时间来说都是一种浪费，因此采用正交试验设计来研究这一问题更为合理。本试验所选取的正交表为L9（34），考虑试验误差的影响，但不考虑各因素间的交互作用（即假定他们之间相互没有影响）。共需9组试验，每组作平行试验3次，共27次渗透试验。本试验中采用的因素与对应的水平数如表1所示，其中粗粒形状分为球形体、六面体和三棱锥3个水平，分别由卵石、强风化石块和新打碎的碎石来近似替代。
表1 正交试验的因素水平
1.2 试样的基本物理力学性质
试验所取土样为正在修建的上瑞高速公路贵州段晴隆隧道出口处典型性土石混合体，其天然状态土的物理指标及颗粒级配曲线见表2和图1。由图1可知现场取回土样的不均匀系数Cu为12.31，说明土样中包含的粒径级数较多，粗细粒径之间差别较大，颗粒级配曲线的曲率系数Cc为1.59，级配优良。
表2 天然状态土的基本物理指标
图1 天然状态土的颗粒级配曲线
1.3 大型渗透仪的研制
《土工试验规程》（SL237—1999）规定粗粒土的室内渗透系数需由常水头渗透仪测试，国内常用的常水头渗透仪是70型渗透仪。70型渗透仪的筒身内径为9.44cm，试验材料的最大粒径为2cm，规范［5］要求筒身内径应为最大粒径的8～10倍，因此70型渗透仪的筒身内径过小，有必要研制大尺寸的渗透仪。自制渗透仪的内径和试样高度至少应为最大颗粒粒径的8倍，即至少应为16cm，另外，考虑到边界效应，试样的上下两头分别增加2cm，因此，自制渗透仪的内径和试样高分别取为16cm和20cm。考虑到土石混合体的渗透性较强，选取进排水管的口径为2cm。自制的大型常水头渗透仪的如图2 和图3所示。
图2 常水头渗透仪示意图
数据单位为cm
图3 自制渗透仪
2 试验结果分析
2.1 试验结果
按正交试验表L9（34）的安排，共需作9组试验，每组试验作平行试验3次，取3次测量的平均值，并乘以温度校正系数
，即可求出每组试验20℃时的渗透系数，渗透系数的测量结果见表3。
表3 渗透试验测定结果
续表
2.2 试验分析
运用正交试验的直观分析法和方差分析法，分析各因素对土石混合体渗透系数影响的主次顺序，绘出因素水平影响趋势图，求出各因素的显著性水平。
2.2.1 直观分析
对试验所得的土石混合体的渗透系数进行正交试验的极差分析，并画出各因素的水平影响趋势图。正交试验的极差分析表见表4，3个因素与渗透系数的关系见图4。
表4 极差分析表
图4 各因素与渗透系数的关系
A—砾石含量；B—孔隙比；C—粗粒形状
由正交试验的极差分析表可以看出，对土石混合体渗透系数影响的主次顺序为A→B→C，即砾石含量→孔隙比→颗粒形状。由各因素与渗透系数的关系图可以看出砾石含量越多渗透系数越大，孔隙比越大渗透系数越大，颗粒磨圆度越大渗透系数越小。在路基工程及大坝工程中，可以通过调节粗颗粒的含量、压实度及颗粒形状以获得工程所需的渗透系数。
2.2.2 方差分析
为了确定因素各水平对应的试验结果的差异是由因素水平不同引起的，还是由试验误差引起的，并对影响土石混合体渗透系数的各因素的显著性水平给予精确的数量评估，需采用正交试验的方差分析法对试验数据进行分析，分析结果如表5所示。
表5 方差分析结果
方差分析结果表明：
（1）因素各水平对应的试验结果的差异是由因素水平不同引起的，而不是由试验误差引起的；
（2）砾石含量对土石混合体渗透系数的影响高度显著，孔隙比对土石混合体渗透系数的影响显著，颗粒形状土石混合体渗透系数的影响不显著。
3 土石混合体渗透系数
3.1 渗透系数与砾石含量之间的关系
众所周知，土石混合体的渗透系数与颗粒的大小及级配有关，本文选择等效粒径d20和曲率系数Cc来表示土的颗粒大小和颗粒级配，原因是文献［3］认为等效粒径d20比其他粒径特征系数更能准确地表示颗粒的大小，而与颗粒级配有关的系数是不均匀系数Cu和曲率系数Cc，不均匀系数Cu只反映土粒组成的离散程度，曲率系数Cc能在一定程度上反映颗粒组成曲线的特性，因而曲率系数Cc更适合于评价土的颗粒级配。不同砾石含量的颗粒级配曲线如图5所示。由图5可以求出各曲线的粒径特征系数，见表6。
图5 试样的颗粒级配曲线
表6 不同粗粒含量时的粒径特征
由图6可知，其他条件相同时，土石混合体的渗透系数k与函数f（d20，Cc）呈线性关系，其中
。
图6 k20-f（d20，Cc）关系曲线
3.2 渗透系数与密实度之间的关系
由正交试验的方差分析可知，孔隙率e对渗透系数的影响虽不如粗粒含量大，但也是很显著的。在其他条件相同时，k与
呈线性关系，如图7所示。
土石混合体
3.3 渗透系数与颗粒形状之间的关系
狄凯尔与海阿特（Tikell and Hiatt）于1938年探讨了颗粒的“棱角性”与“圆度”对渗透系数的影响，并指出颗粒的棱角性越大，渗透系数越大［6］。由正交试验分析表可知Cs1∶Cs2∶Cs3＝0.9∶1∶1.2，并且将试验数据进行回归分析，当形状系数Cs1＝0.18，Cs2＝0.2，Cs3＝0.24时与试验结果最为接近，此结论与卡门（Carmen）的研究成果［7］相近。
3.4 土石混合体的渗透系数
由以上分析可知土石混合体的渗透系数与颗粒大小、颗粒级配、颗粒形状及孔隙比有关，同时渗透流体对渗透性也有一定的影响，主要是受液体的动力粘滞度η的影响，大量研究成果表明渗透系数k 与g/η 成正比［3，4，7］。因此，土石混合体的渗透系数计算公式为
土石混合体
式中：k为土石混合体的渗透系数，cm/s；Cs为颗粒的形状系数，m-3；d20为等效粒径，小于该粒径的土重占总土重的20%，m；Cc为颗粒级配曲率系数，
；e为孔隙比；g为重力加速度，9.8 N；η 为液体的动力粘滞度，kPa · s（10-6），η20＝1.01×10-6kPa·s。
由公式（1）计算出20℃时土石混合体的渗透系数k20列于表7。与其他物理力学参数相比，土石混合体的渗透性变化范围要大得多。同时，受宏观构造和微观结构复杂性的影响，其渗透性具有高度的不均匀性［8］。为进一步验证公式（1）的正确性，将实测值与由公式（1）得出的计算值进行对比分析，见图8。由图8可知由公式（1）计算出的渗透系数值与实测值基本吻合，9组试样的平均相对误差为21%，这对于离散性很强的土石混合体的渗透系数来说已经具有足够的精确性。
表7 计算值与实测值对应关系
图8 计算值与实测值关系
4 结论
（1）通过正交试验获取了砾石含量、孔隙比和颗粒形状对土石混合体渗透系数影响的主次顺序，并得出各因素的显著性水平，工程设计中可以通过合理调整土石混合体的砾石含量、孔隙比（压实度）和颗粒形状，以达到控制其渗透能力的目的。
（2）土石混合体的渗透系数与等效粒径d20和曲率系数Cc组成的函数
成正比，并与孔隙比函数
成正比。
（3）提出了土石混合体渗透系数的计算公式，并通过试验结果验证了计算公式的正确性，为土石混合体渗透系数的定量预测提供了一个简明有用的计算工具。
参考文献
［1］油新华.土石混合体随机结构模型及其应用研究.北方交通大学博士论文，2001：1～18
［2］油新华，汤劲松.土石混合体野外水平推剪试验研究.岩石力学与工程学报，2002，21（10）：1537～1540，60～129
［3］刘杰.土的渗透稳定与渗流控制.北京：水利电力出版社，1992：1～20
［4］薛定谔A E.多孔介质中的渗流物理.北京：石油工业出版社，1984：141～173
［5］中华人民共和国水利部.土工试验规程（SL237—1999）.北京：中国水利水电出版社，1999：114～120
［6］ Tickell FG，Hiatt WN.Effect of angularity of grains on porosity and permeability of unconsolidated sands.AAPG Bulletin，1938，22（9）：1272～1274
［7］黄文熙.土的工程性质.北京：水利电力出版社，1984：60～129
［8］邱贤德，阎宗岭，刘立等.堆石体粒径特征对其渗透性的影响.岩土力学，2004，25（6）：950～954