三轴渗透试验

围压加到200kPa的轴渗时候,橡胶膜突然鼓了个包。透试老周喊了声停,轴渗把压力卸掉,透试拆开压力室一看——试样侧面被橡皮筋勒出了一道深痕。轴渗这已经是透试第三次了。我们蹲在实验室地板上,轴渗盯着那截灰扑扑的透试土柱,谁也没说话。轴渗

三轴渗透试验,透试说白了就是轴渗让水在受压的土样里渗过去。跟常水头那种粗放玩法不同,透试它把土样裹进橡胶膜,轴渗丢进压力室,透试周围灌满水施加围压,轴渗再从上端或下端注水,测流量。这套装置能模拟地下几十米甚至几百米深处的应力状态,数据比普通渗透仪靠谱得多。

但靠谱是有代价的。

装样就是第一道坎。土样直径通常39.1毫米或61.8毫米,高度是直径的两倍。饱和粘土还好,切好了用钢丝锯修平整就行。砂土就麻烦了,稍不留神就散架。我见过师兄用液氮冻砂柱,冻硬了再削,手一抖,整块裂成两半,一下午白干。乳胶膜套上去的时候更得小心,用吸球把它翻卷开,像给伤口贴敷料一样慢慢滚下去,不能有气泡,不能有褶皱。褶皱意味着侧壁渗漏,水会沿着膜和土之间的缝隙窜过去,测出来的渗透系数能偏大一个数量级。

围压和渗透压的关系也微妙。围压给大了,土样被压密,渗透系数自然降下来。给小了,橡胶膜贴不紧,水又从边上溜走。一般围压取有效应力的1.5到2倍,渗透压差控制在围压的三分之一以内。这些数字教科书上写得清清楚楚,可真到了操作台上,每换一种土都得重新试。

老周那组试验是做粉质粘土。第一批试样渗透系数测出来是8×10⁻⁷cm/s,第二批变成3×10⁻⁶,差了将近四倍。他以为是土不均匀,重新制样,结果第三批又回到7×10⁻⁷。后来发现是第二批的橡胶膜用久了,弹性变差,围压一加,膜和试样之间出现了细微剥离。换新膜之后数据就稳了。这事让他郁闷了好几天——仪器没问题,操作也没问题,坏在一根橡皮筋上。

饱和环节同样折磨人。规范要求用无气水,还要加背压让试样充分饱和。背压加到300kPa以上,溶解在水里的空气才肯出来。可背压一高,整个管路系统承受的压力就大,接头处稍微松一点,水就往外渗。实验室那台老三轴仪,压力室底座有三个O型圈,用了七八年,橡胶老化发硬,每次做高压试验都得换。有回半夜跑试验,没人盯着,O型圈崩了,水漫了一地,楼下实验室的天花板洇出一片黄渍。第二天被骂得狗血淋头。

数据出来之后的处理也不轻松。达西定律在粘性土里经常不成立,渗流速度和时间对不上,渗透系数随水力梯度变化。有人用非线性回归,有人干脆取线性段的斜率。同一组数据,不同人算出来的结果能差百分之二三十。发文章的时候,审稿人一问“渗透系数怎么确定的”,就得把那段曲线翻来覆去解释半天。

不过话说回来,这试验做多了,对土的感觉会变。手一捏就知道含水量大概多少,眼睛一看就知道试样切得平不平。有次来了个新生,问我为什么非得用无气水。我让他用自来水做了一组,渗透系数比无气水低了将近一半——水里溶解的空气在孔隙里析出,堵住了渗流通道。他盯着数据看了半天,说了句“原来气泡这么碍事”。

实验室角落里堆着几十根做废的土样,有的裂了,有的被橡皮筋勒出沟槽,有的干脆散了架。每根都对应着某个下午的挫败。但那些成功跑完的试样,拆出来的时候表面光滑,橡胶膜一揭就掉,土柱完整得像刚脱模的混凝土试块。那种手感,做多了会上瘾。

老周后来把那根勒出深痕的土样重新削了削,换了新膜,围压降到150kPa,渗透压差调到30kPa,一夜跑下来,数据漂亮得很。他把曲线拿给我看,说“你看,这土其实挺听话的”。我没接话,低头把压力室底座那三个O型圈又检查了一遍。