CN101526517A

CN101526517A - 水库砂砾石坝料高压渗透变形试验方法

Info

Publication number: CN101526517A
Application number: CN200910058857A
Authority: CN
Inventors: 曹雪委; 黄海玲
Original assignee: Qinghai Research Institute Of Water Resources And Hydropower
Current assignee: Qinghai Research Institute Of Water Resources And Hydropower
Priority date: 2009-04-01
Filing date: 2009-04-01
Publication date: 2009-09-09
Anticipated expiration: 2029-04-01
Also published as: CN101526517B

Abstract

本发明涉及一种试验方法，具体地说是涉及一种水库砂砾石坝料高压渗透变形试验方法。本发明一种砂砾石水库坝料渗透变形试验方法包括如下步聚：1)储气启动空压机，打开压缩空气闸阀将压缩空气输入压缩气罐；2)给水准备启动水泵，打开渗透仪给水闸阀，此时供水控制阀处于关闭状态，等待开启供水；3)给水旋动压缩空气调节阀给压力调节室内气囊一定的符合试验坝料的压力，供水控制阀活塞同时自动打开，提供相应压力的渗透水流。本发明大型高压渗透仪能承受100米以上的高压水头，供水系统压力稳定，压力波动≤2.7％。经本发明方法试验检测的坝料可广泛应用于水库坝体建筑。

Description

水库砂砾石坝料高压渗透变形试验方法

技术领域

本发明涉及一种试验方法，具体地说是涉及一种水库砂砾石坝料高压渗透变形试验方法。

背景技术

目前对水库混凝土面板砂砾石坝的坝料，需对坝料进行是否适宜作水库坝料的各项性能试验。通常对坝料的渗透试验是在工地进行，用水泵将水打到设置在山腰或山顶的高位水箱内，用水管连接闸阀再通入到渗透仪，因为只有高位水箱达到一定高度，接入渗透仪的水才能达到试验压力要求，而水箱架设往往受到场地、环境、费用等限制，难以达到理想高度，所以试验压力受限，因而根本无法顺利进行高坝坝料的渗透试验。此种试验方法除压力受限外，最大的缺陷是压力靠手动调节闸阀控制，渗透仪内水压随渗透水流变化

压力波动很大，水压极不稳定，试验成果可信度大大降低；

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术中存在的不足，提供一种可在试验室对水库砂砾石坝料进行高压渗透试验的水库砂砾石坝料高压渗透变形试验方法。

本发明一种水库砂砾石坝料高压渗透变形试验方法通过下述技术方案予以实现：本发明一种水库砂砾石坝料高压渗透变形试验方法包括高压渗透仪、渗透仪给水闸阀、衡压罐、调压排气阀、供水控制闸阀、气压闸阀、压缩空气调节阀、压缩气罐、水泵、开口水箱、压力管、调压排气管、气囊上盖板、气囊、气囊底板、密封垫、压力水室盖板、气囊连杆、活动铰链、活动连杆、固定铰链、出水管、闸阀连杆、进水管、供水控制阀活塞、压力水室、压力调节室、压力水室排气管、压力水室排气阀、渗透仪压力表、渗透仪排气阀、渗透仪进水阀和渗透仪排水阀，所述的试验方法包括如下步聚：

1)储气启动空压机，打开压缩空气调节阀将压缩空气输入压缩气罐；

2)给水准备启动水泵，打开渗透仪给水闸阀，此时供水控制闸阀处于关闭状态，等待开启供水；

3)给水旋动气压闸阀给压力调节室内气囊一定的符合试验坝料的压力，供水控制阀活塞同时自动打开，提供相应压力的渗透水流；

所述的衡压罐的压力水室的容积145～1501，压力调节室容积5～10l，压缩气罐容积80～1501，衡压罐工作压力为0～1.0Mpa，压力调节容积变量为3.8l；所述的供水控制闸阀调节流量0～1.66l/s。

本发明一种水库砂砾石坝料高压渗透变形试验方法与现有技术相比较有如下有益效果：本发明通过对坝料的渗流特征试验，可得出各坝料的抗渗稳定性能，从而可选择和设计出满足设计规范对坝料上游挡水、下游排水减压等各项要求的适宜的坝料级配；层间关系试验可得出各料去层间渗流过渡特性能否满足渗流保护要求。本发明渗透仪直径800mm，压力达100m水头，在0～100m范围内给定任意压力后，渗流量变化引起的压力波动小于2.7％。本发明采用由上向下加压渗流出口有保护(D100m等径砾石)、由下向上施加渗流出口无保护和由下向上施加渗流和出口有保护(D100m等径砾石)三种状态试验对照，由下向上施加渗流出口有、无保护渗流特性无明显差别，J₁＝1.9～5.2；由上向下施加渗流试验实施了黑泉水库、沟后水库、积石峡电站等数座水库近百组坝料，施加比降(垫层料)J＝119～315，除黄河积石峡电站水库坝料J＝140发生破坏外其余均未发生破坏；本发明还进行了垫层料长时间高比降渗透稳定试验，连续施加高比降134～510分钟，比降达500～600，试验中J、K均无明显变化；同时进行了大型高压渗透试验水平水流与由上向下垂直加压高压渗透试验对照，水平试验最大比降接近100，两种试验状态渗流特性相近，垂直加压高压渗透试验试样可代表实际工况；由上向下施加渗流渗透变形试验J、K关系式：logJ＝alogK+b；本发明大型高压渗透仪能承受100米以上的高压水头，供水系统压力稳定，压力波动≤2.7％。经本发明方法试验检测的坝料可广泛应用于水库坝体建筑。

附图说明

本发明一种砂砾石水库坝料渗透变形试验方法有如下附图：

图1为本发明水库砂砾石坝料高压渗透变形试验方法大型高压渗透仪设备流程结构示意图；

图2为本发明水库砂砾石坝料高压渗透变形试验方法衡压罐结构示意图；

图3为本发明水库砂砾石坝料高压渗透变形试验方法大型高压渗透仪结构示意图。

其中：1、高压渗透仪；2、渗透仪给水闸阀；3、衡压罐；4、调压排气阀；5、供水控制闸阀；6、气压闸阀；7、压缩空气调节阀；8、气压罐；9、水泵；10、开口水箱；11、压力管；12、排气管；13、气囊上盖板；14、气囊；15、气囊底板；16、密封垫；17、压力水室盖板；18、气囊连杆；19、活动铰链；20、活动连杆；21、固定铰链；22、出水管；23、闸阀连杆；24、进水管；25、闸阀活塞；26、压力水室；27、压力调节室；28、压力水室排气管；29、压力水室排气阀；30、渗透仪压力表；31、渗透仪排气阀；32、渗透仪进水阀；33、渗透仪排水阀。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明水库砂砾石坝料高压渗透变形试验方法技术方案作进一步描述。

如图1-图3所示，本发明一种水库砂砾石坝料高压渗透变形试验方法包括高压渗透仪1、渗透仪给水闸阀2、衡压罐3调压排气阀4、供水控制闸阀5、气压闸阀6、压缩空气调节阀7、压缩气罐8、水泵9、开口水箱10、压力管11、调压排气管12、气囊上盖板13、气囊14、气囊底板15、密封垫16、压力水室盖板17、气囊连杆18、活动铰链19、活动连杆20、固定铰链21、出水管22、闸阀连杆23、进水管24、供水控制阀活塞25、压力水室26、压力调节室27、压力水室排气管28、压力水室排气阀29、渗透仪压力表30、渗透仪排气阀31、渗透仪进水阀32和渗透仪排水阀33，所述的试验方法包括如下步聚：

1)储气启动空压机，打开压缩空气调节阀7将压缩空气输入压缩气罐8；

2)给水准备启动水泵9，打开渗透仪给水闸阀2，此时供水控制闸阀5处于关闭状态，等待开启供水；

3)给水旋动气压闸阀6给压力调节室27内气囊14一定的符合试验坝料的压力，供水控制阀活塞25同时自动打开，提供相应压力的渗透水流；

所述的衡压罐3的压力水室26的容积145～150l，压力调节室27容积5～10l，压缩气罐8容积80～150l，衡压罐3工作压力为0～1.0Mpa，压力调节容积变量为3.8l；所述的供水控制闸阀5调节流量0～1.66l/s。

所述的衡压罐包括压力管11、调压排气管12、气囊上盖板13、气囊14、气囊底板15、密封垫16、压力水室盖板17、气囊连杆18、活动铰链19、供水控制闸阀5、活动连杆20、固定铰链21、出水管22、闸阀连杆23、进水管24、闸阀活塞25、压力水室26、压力调节室27、压力水室排气管28和压力水室排气阀29，所述的气囊14设置在衡压罐3上部瓶颈处压力调节室27内的气囊底板15的上平面，气囊14的上端面固定连接气囊上盖板13；气囊连杆18上端部固定连接在气囊上盖板13的中心，气囊连杆18穿过气囊底板15的中心，气囊连杆18下端部与设置在压力水室26内的活动铰链19连接；活动连杆20一端与活动铰链19铰链连接，另一端与安装于罐体上的闸阀5末端的固定铰链21铰链连接；闸阀连杆23一端与固定铰链21连接，另一端与闸阀活塞25连接。

所述的衡压罐压力管11与压缩气罐输出端连接，进水管24设置在衡压罐3中部一侧，供水控制闸阀5设置在衡压罐3内侧壁进水管24处，供水控制闸阀5输入端与进水管24连接；所述的出水管22设置在衡压罐3中下部与进水管24相对侧。

实施例1。

1、选取厚度为10～12mm的优质钢板焊接制成本发明大型高压渗透仪1，本发明大型高压渗透仪1为满足垫层料、过滤料、主堆料等层间过渡试验，渗透仪试验筒设置高度为1200mm，渗透仪总高度2400mm，渗透仪试验筒直径800mm；为满足百米水头压力试验，渗透仪最大工作压力1.0Mpa；试样即试验坝料最大粒径为200mm；渗透仪共设置渗透仪压力表30、渗透仪排气阀31、渗透仪进水阀32、渗透仪排水阀33和8只压力表30，如图3所示；

2、加压设备由于试验最大水头为100m，自来水直接加压满足不了压力要求，同时试验也不宜设置高程较高的水箱加压，本发明采用多级水泵9供水加压，水泵9额定扬程100m，流量1.66l/s；

3、试验用水排气根据坝料渗透特性，粗粒无粘性土渗透系数大，试验用水量大，所以采用曝气的方法排除自来水中气体。本发明设计了1.2×1.2×1.2m³的开口水箱10，水泵9自水箱10底部取水，若按试验渗流Q＝100m l/s计算，可连续供水240min，若流量Q较大，可边向水箱10供水边试验的方法，既满足试验用水，又可最大限度曝气，减少试验误差；

4、衡压罐

常规试验设备，施加压力较小，可采用水箱溢流堰稳定水头，若水头稍高，靠自来水或水泵加压，压力主要依靠手动阀门开合度进行调节，调节时必然会使压力突变，影响试样内部结构，也极易受供水管路压力和渗流量变化的影响，使试验压力很难保质相对稳定，既影响测试精度，又不符合库水位相对稳定的实际运行状态。

本发明设计了调节流量大，又能保证压力相对稳定的衡压罐3，所述的衡压罐3包括压力管11、调压排气管12、气囊上盖板13、气囊14、气囊底板15、密封垫16、压力水室盖板17、气囊连杆18、活动铰链19、供水控制闸阀5、活动连杆20、固定铰链21、出水管22、闸阀连杆23、进水管24、闸阀活塞25、压力水室26、压力调节室27、压力水室排气管28和压力水室排气阀29，所述的压力水室26和压力调节室27采用厚度为8mm优质钢板焊接制成；所述的气囊14设置在衡压罐3上部瓶颈处压力调节室27内的气囊底板15的上平面，气囊14的上端面固定连接气囊上盖板13；气囊连杆18上端部固定连接在气囊上盖板13的中心，气囊连杆18穿过气囊底板15的中心，气囊连杆18下端部与设置在压力水室26内的活动铰链19连接；活动连杆20一端与活动铰链19铰链连接，另一端与安装于罐体上的闸阀末端的固定铰链21铰链连接；闸阀连杆23一端与固定铰链21连接，另一端与闸阀活塞25连接。

闸阀连杆23一端与固定铰链21连接，另一端与闸阀活塞25固定连接；将供水控制闸阀5固定于衡压罐3内壁中部进水管24处；在气囊底板15和压力水室盖板17之间加密封垫16，采用螺栓将气囊底板15和压力水室盖板17固定连接。如图2所示。

所述的衡压罐3的压力水室26的容积145～150l，压力调节室容积5～10l，压气罐8容积120l，衡压罐3工作压力为0～1.0Mpa，压力调节容积变量为3.8l；所述的供水控制阀5调节流量0～1.66l/s。

将高压渗透仪衡压罐出水管22用水管与渗透仪1顶部渗透仪进水阀32连接，进水管24用水管与水泵9出水管连接，水泵9进水管与开口水箱10底部取水管连接；将衡压罐3压力管11通过闸阀与气压罐8输出管连接，调压排气管12与调压排气阀4连接；气压罐8输入管通过压缩空气调节阀7与压缩空气管道连接。

使用时，首先启动水泵，此时供水控制闸阀5处于关闭状态，压力水室压力为零，然后将压缩气管充满压缩空气，打开气压罐8与衡压罐3之间的气压闸阀6，调整好气压值，供水控制阀5同时会自动开启，便可向渗透仪1输送0～100m水头压力范围内适合作各种坝料试验的可调压力要求的渗透试验水流。当提高压力调节室27压力时，压力调节室27体积增大，供水控制闸阀5开度增大，压力水压升高，两者平稳；当渗流增大，压力水室26水压下降，气压调节室27体积变化供水控制闸阀5开度减小，水压降低，保持压力平衡，从而保持水流量平衡，渗透仪1内的水压相应平衡，保证坝料的试验数据准确。如图1所示。

Claims

1、一种水库砂砾石坝料高压渗透变形试验方法，包括高压渗透仪(1)、渗透仪给水闸阀(2)、衡压罐(3)、调压排气阀(4)、供水控制闸阀(5)、气压闸阀(6)、压缩空气调节阀(7)、压缩气罐(8)、水泵(9)、开口水箱(10)、压力管(11)、调压排气管(12)、气囊上盖板(13)、气囊(14)、气囊底板(15)、密封垫(16)、压力水室盖板(17)、气囊连杆(18)、活动铰链(19)、活动连杆(20)、固定铰链(21)、出水管(22)、闸阀连杆(23)、进水管(24)、供水控制阀活塞(25)、压力水室(26)、压力调节室(27)、压力水室排气管(28)、压力水室排气阀(29)、渗透仪压力表(30)、渗透仪排气阀(31)、渗透仪进水阀(32)和渗透仪排水阀(33)，其特征在于：所述的试验方法包括如下步聚：

1)储气启动空压机，打开压缩空气调节阀(7)将压缩空气输入压缩气罐(8)；

2)给水准备启动水泵(9)，打开渗透仪给水闸阀(2)，此时供水控制闸阀(5)处于关闭状态，等待开启供水；

3)给水旋动气压闸阀(6)给压力调节室(27)内气囊(14)一定的符合试验坝料的压力，供水控制阀活塞(25)同时自动打开，提供相应压力的渗透水流；

所述的衡压罐(3)的压力水室(26)的容积145～150l，压力调节室(27)容积5～10l，压缩气罐(8)容积80～150l，衡压罐(3)工作压力为0～1.0Mpa，压力调节容积变量为3.8l；所述的供水控制闸阀(5)调节流量0～1.66l/s。

2、根据权利要求1所述的水库砂砾石坝料高压渗透变形试验方法，其特征在于：所述的衡压罐包括压力管(11)、调压排气管(12)、气囊上盖板(13)、气囊(14)、气囊底板(15)、密封垫(16)、压力水室盖板(17)、气囊连杆(18)、活动铰链(19)、供水控制闸阀(5)、活动连杆(20)、固定铰链(21)、出水管(22)、闸阀连杆(23)、进水管(24)、闸阀活塞(25)、压力水室(26)、压力调节室(27)、压力水室排气管(28)和压力水室排气阀(29)，其特征在于：所述的气囊(14)设置在衡压罐(3)上部瓶颈处压力调节室(27)内的气囊底板(15)的上平面，气囊(14)的上端面固定连接气囊上盖板(13)；气囊连杆(18)上端部固定连接在气囊上盖板(13)的中心，气囊连杆(18)穿过气囊底板(15)的中心，气囊连杆(18)下端部与设置在压力水室(26)内的活动铰链(19)连接；活动连杆(20)一端与活动铰链(19)铰链连接，另一端与安装于罐体上的闸阀(5)末端的固定铰链(21)铰链连接；闸阀连杆(23)一端与固定铰链(21)连接，另一端与闸阀活塞(25)连接。

3、根据权利要求1所述的水库砂砾石坝料高压渗透变形试验方法，具特征在于：所述的衡压罐压力管(11)与压缩气罐输出端连接，进水管(24)设置在衡压罐(3)中部一侧，供水控制闸阀(5)设置在衡压罐(3)内侧壁进水管(24)处，供水控制闸阀(5)输入端与进水管(24)连接；所述的出水管(22)设置在衡压罐(3)中下部与进水管(24)相对侧。