CN104535424A - 一种土石坝心墙水力劈裂和自愈合试验装置及其试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土石坝心墙水力劈裂和自愈合试验装置及其试验方法，包括试样桶、位于试样桶底部的底座、盖合在试样桶上部的顶板，在底座和顶板之间设置有固定部件；所述试样桶内靠近顶板一侧为水压力室，靠近底座一侧为反滤层，在水压力室和反滤层之间设置有试样层，试样层与反滤层相互连接；所述顶板上具有进水口和闭合出气口，所述底座上具有出水口；所述进水口处设置调节监测充入水流压力的水压控制系统。与现有技术相比，本发明通过模拟石坝心墙引水面的受力状态和蓄水过程，探明影响心墙裂缝扩展再愈合的条件和因素，为实际防水工程提供明细的试验数据和技术指导。

Description

一种土石坝心墙水力劈裂和自愈合试验装置及其试验方法

技术领域

   本发明涉及一种水坝工程试验装置及其试验方法，特别是一种土石坝心墙水力劈裂和自愈合试验装置及其试验方法。

背景技术

土石坝因具有适用条件广、取材方便、施工便捷以及良好抗震性及经济性等诸多优势而广泛的应用。目前的大坝和水库中，土石坝的数量占到现有大坝中的近90%以上，而粘土心墙坝在这其中占据了很大的比例。

由于施工质量，特别是水力劈裂等原因，运营初期土石坝心墙往往会出现裂缝及裂缝扩展的问题，这大大破坏了心墙的整体性，可能导致局部渗透破坏或坝体整体失稳，危及大坝的安全。然而，在工程中，绝大多数大坝运营都经历了大量蓄水、降水过程的循环，少见大坝因经历多次蓄水过程会造成坝体结构的稳定性和安全性的降低甚至破坏的情况，已有文献表明，水力劈裂常常发生在初次蓄水状态。这些证据表明了大坝心墙内的裂缝在一定的情况下具有某一特性，该特性可以使得裂缝处的抗水力劈裂能力变强，从而加强了坝体的强度，这就是裂缝的“愈合”能力，这对大坝的安全运营具有重大的意义。

然而，国内外目前尚无很好的试验装置来进行心墙发生水力劈裂后裂缝扩展与自愈合的试验研究。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种能模拟心墙迎水面的受力状态和蓄水过程，能够满足发生水力劈裂的受力条件，并有专门的量测装置，能够判别水力劈裂的产生和试样愈合情况的试验装置及其试验方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种土石坝心墙水力劈裂和自愈合试验装置及其试验方法，包括试样桶、位于试样桶底部的底座、盖合在试样桶上部的顶板，在底座和顶板之间设置有固定部件；所述试样桶内靠近顶板一侧为水压力室，靠近底座一侧为反滤层，在水压力室和反滤层之间设置有试样层，试样层与反滤层相互连接；所述顶板上具有进水口和闭合出气口，所述底座上具有出水口；所述进水口处设置调节监测充入水流压力的水压控制系统。

作为更进一步的优选方案，所述试样桶内设置有包裹水压力室、反滤层和试样层的乳胶膜包裹层，乳胶膜包裹层的两端边缘分别与试样桶的两端边缘密封连接，穿过试样桶侧壁设置压力进气口，乳胶膜包裹层与试样桶的桶壁形成气压间隙；所述压力进气口处设置调节监测充入气体压力的气压控制系统。

作为更进一步的优选方案，所述固定部件为连接顶板和底座的螺杆，所述顶板和底座上具有调节螺杆的螺母。

作为更进一步的优选方案，所述试样桶为具台阶的筒状结构，在试样桶外围设置环形的中间盖板，所述中间盖板的内侧端置于试样桶的台阶面上，外侧端螺栓固定在螺杆上。

作为更进一步的优选方案，所述试样层上设置有用于防止水冲损坏的多孔板。

作为更进一步的优选方案，所述底座或顶板上设置有用于固定试样桶端面的环形凹槽，在环形凹槽内设置有密封圈。

一种土石坝心墙水力劈裂和自愈合试验装置所产生的试验方法，包括以下步骤：

A.从进水口向水压力室内注水，打开闭合出气口，内部气体被排出；

B.当水压力室注满水后，关闭闭合出气口，继续向水压力室加压注水，打开压力进气口注气，保持注入的空气压力始终大于水压力室对乳胶膜包裹层的压力；

C.观察出水口，直至试样层已发生水力劈裂，出水口有浑浊水流冒出，进行水压参数记录；

D．调节向水压力室注水水压，继续观察出水口，记录排水流量变化和水质浑浊程度判断试样裂隙发生愈合的状态和时间。

有益效果

与现有技术相比，本发明的一种土石坝心墙水力劈裂和自愈合试验装置及其试验方法，在试样桶内设置水压力室、试样层和反滤层，通过往水压力室内注水，模拟水坝在河流蓄水环境进行水力劈裂试验，对试样层进行冲击和腐蚀，改变试样上游面的水压力和试样的侧向压力大小来模拟试样所受应力，在底座的出水口处观察是否有浑浊的水流出，从而判定查明渗流状态以及判别劈裂现象是否产生；再降低试样桶内水压力后，通过下游出水口的渗流速率来查明试样的愈合能力，探明影响心墙裂缝扩展再愈合的因素，并为实际工程提供技术指导。

本发明具有以下优点：

1.采用本试验方法，造价低廉，容易实现，操作性强；

2.采用本试验方法能够很好的模拟土石坝心墙实际工作中的受力状态，接近实际情况，所得试验数据可靠；

3.采用本方法，提高气源的压力以及试验装置的承压能力，可以模拟心墙不同深度的受力及渗透状态，得到土石坝心墙不同部位的相关参数；

4.本方法中采用调节周围压力和渗透压力的方法，能很好的模拟心墙初次蓄水过程，以及蓄水和泄水循环；可用来探明影响心墙裂缝扩展再愈合的因素，并为实际工程提供技术指导。。

附图说明

   图1是本发明的结构示意图；

图2的顶板示意图；

   其中，1-试样桶，2-底座，21-出水口，3-顶板，31-进水口，32-闭合出气口，4-固定部件，5-水压力室，6-反滤层，7-试样层，8-乳胶膜包裹层，9-压力进气口，10-螺母，11-中间盖板，12-多孔板，13-环形凹槽，14-密封圈。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选技术方案。

如图1所示，本发明的一种土石坝心墙水力劈裂和自愈合试验装置及其试验方法，包括试样桶1、位于试样桶1底部的底座2、盖合在试样桶1上部的顶板3，在底座2和顶板3之间设置有固定部件4，固定部件4用于加强固定底座2和顶板3在试样桶1上的稳定性；所述试样桶1内靠近顶板3一侧为水压力室5，靠近底座2一侧为反滤层6，在水压力室5和反滤层6之间设置有试样层7，试样层7即模拟心墙结构的部分，试样层7与反滤层6相互连接。

所述顶板3上具有进水口31和闭合出气口32，进水口31注水时，闭合出气口32放气，所述底座2上具有出水口21，出水口21与进水口31形成水流循环，可以通过出水口21观察是否有水流出，判断反滤层6和试样层7是否发生开裂，还可以通过流出水的浑浊情况判断自愈发生的情况；所述进水口31处设置调节监测充入水流压力的水压控制系统。

所述试样桶1为的试验状态为卧式放置，所述试样桶1内设置有包裹水压力室5、反滤层6和试样层7的乳胶膜包裹层8，乳胶膜包裹层8密封包裹在水压力室5、反滤层6和试样层7周围，避免水压力室5内的水沿着试样桶1内壁处渗流，影响实验结果，乳胶膜包裹层8的两端边缘分别与试样桶1的两端边缘密封连接，穿过试样桶1侧壁设置压力进气口9，乳胶膜包裹层8与试样桶1的桶壁形成气压间隙，压力进气口9朝乳胶膜包裹层8与试样桶1的桶壁形成的间隙中注气，用较强气压使边壁处包裹密封性提高，受力均匀，也不会损坏乳胶膜包裹层8，即该处气压大于水压力室5内水压即可实现；所述压力进气口9处设置调节监测充入气体压力的气压控制系统。

具体的，所述固定部件4为连接顶板3和底座2的螺杆，所述顶板3和底座2上具有调节螺杆的螺母10。

具体的，所述试样桶1为具台阶的筒状结构，在试样桶1外围设置环形的中间盖板11，所述中间盖板11的内侧端置于试样桶1的台阶面上，外侧端螺栓固定在螺杆上。

具体的，所述试样层7上设置有用于防止水冲损坏的多孔板12。

如图2所示，所述底座2或顶板3上设置有用于固定试样桶1端面的环形凹槽13，在环形凹槽13内设置有密封圈14，保证试样桶1与底座2和顶板3的接触密封，避免漏气或漏水现象的发生。

一种土石坝心墙水力劈裂和自愈合试验装置所产生的试验方法，包括以下步骤：

A.从进水口31向水压力室5内注水，打开闭合出气口32，内部气体被排出；

B.当水压力室5注满水后，关闭闭合出气口32，继续向水压力室5加压注水，打开压力进气口9注气，保持注入的空气压力始终大于水压力室5对乳胶膜包裹层8的压力；

C.观察出水口21，直至试样层7已发生水力劈裂，出水口21有浑浊水流冒出，进行水压参数记录；

D.调节向水压力室5注水水压，继续观察出水口21，记录排水流量变化和水质浑浊程度判断试样裂隙发生愈合的状态和时间。

试验时，试样桶1处于卧式放置，从进水口31向水压力室5内注水，打开闭合出气口32，内部气体放出，当水压力室5注满水后继续加压注水，此时向9压力进气口注气，使注入的空气压力始终大于水压力室5对乳胶膜包裹层8的压力，观察出水口21，直至有浑浊水流冒出，说明试样层7已发生水力劈裂，调节向水压力室5注水水压，继续观察出水口21，根据排水流量变化和水质判断试样裂隙是否发生愈合。

Claims (7)

1.一种土石坝心墙水力劈裂和自愈合试验装置，其特征在于：包括试样桶（1）、位于试样桶（1）底部的底座（2）、盖合在试样桶（1）上部的顶板（3），在底座（2）和顶板（3）之间设置有固定部件（4）；所述试样桶（1）内靠近顶板（3）一侧为水压力室（5），靠近底座（2）一侧为反滤层（6），在水压力室（5）和反滤层（6）之间设置有试样层（7），试样层（7）与反滤层（6）相互连接；所述顶板（3）上具有进水口（31）和闭合出气口（32），所述底座（2）上具有出水口（21）；所述进水口（31）处设置调节监测充入水流压力的水压控制系统。

2.根据权利要求1所述的一种土石坝心墙水力劈裂和自愈合试验装置，其特征在于：所述试样桶（1）内设置有包裹水压力室（5）、反滤层（6）和试样层（7）的乳胶膜包裹层（8），乳胶膜包裹层（8）的两端边缘分别与试样桶（1）的两端边缘密封连接，穿过试样桶（1）侧壁设置压力进气口（9），乳胶膜包裹层（8）与试样桶（1）的桶壁形成气压间隙；所述压力进气口（9）处设置调节监测充入气体压力的气压控制系统。

3.根据权利要求1或2所述的一种土石坝心墙水力劈裂和自愈合试验装置，其特征在于：所述固定部件（4）为连接顶板（3）和底座（2）的螺杆，所述顶板（3）和底座（2）上具有调节螺杆的螺母（10）。

4.根据权利要求4所述的一种土石坝心墙水力劈裂和自愈合试验装置及其试验方法，其特征在于：所述试样桶（1）为具台阶的筒状结构，在试样桶（1）外围设置环形的中间盖板（11），所述中间盖板（11）的内侧端置于试样桶（1）的台阶面上，外侧端螺栓固定在螺杆上。

5.根据权利要求1所述的一种土石坝心墙水力劈裂和自愈合试验装置，其特征在于：所述试样层（7）上设置有用于防止水冲损坏的多孔板（12）。

6.根据权利要求1所述的一种土石坝心墙水力劈裂和自愈合试验装置，其特征在于：所述底座（2）或顶板（3）上设置有用于固定试样桶（1）端面的环形凹槽（13），在环形凹槽（13）内设置有密封圈（14）。

7.根据权利要求1-8的一种土石坝心墙水力劈裂和自愈合试验装置所产生的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

A.从进水口（31）向水压力室（5）内注水，打开闭合出气口（32），内部气体被排出；

B.当水压力室（5）注满水后，关闭闭合出气口（32），继续向水压力室（5）加压注水，打开压力进气口（9）注气，保持注入的空气压力始终大于水压力室（5）对乳胶膜包裹层（8）的压力；

C.观察出水口（21），直至试样层（7）已发生水力劈裂，出水口（21）有浑浊水流冒出，进行水压参数记录；

D.调节向水压力室（5）注水水压，继续观察出水口（21），记录排水流量变化和水质浑浊程度判断试样裂隙发生愈合的状态和时间。