CN106596370A - 渗透变形试验的现场原状样结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种渗透变形试验的现场原状样结构及其制备方法。旨在结合试验点结构面具体尺寸、走向、渗透性并结合该位置供水能力、仪器安装及施工方便等综合确定试样尺寸，原状样应该完整包括岩体结构面，缓倾角层间错动带在高度方向、陡倾角断层在宽度方向，至少保留不小于20cm厚度的完整原状破碎带。本发明的技术方案是：该结构呈长方体，中部为含层间错动带的试样，沿试样的渗径方向布置进水仓和出水仓，进、出水仓内均填充有鹅卵石，进水仓内装有底面与试样底面等高的进水管并在其进水口安装钢丝滤网，出水仓内装有底面与试样顶面等高的出水管；试样剩下的四个面包裹钢筋混凝土保护层，整个结构最外层为只露出进水管和出水管的钢筋混凝土密封层。
Description
技术领域
本发明涉及一种渗透变形试验的现场原状样结构及其制备方法。适用于各种水利水电工程中的渗透变形试验。
背景技术
我国是一个水能资源非常丰富的国家，尤其是在环青藏高原周边地区，水能蕴藏量极为丰富。据统计，我国水能资源总蕴藏量约为676×106KW，可开发的水能资源为378×106KW，其中68％分布在西南地区，但同时我国的水力能源开发又存在开发相对较低的特点。随着工业发展步伐的加快，人民生活水平的提高，开发西部丰富的水能资源，实现“西电东送”成为保证我国经济稳定快速发展的重要条件之一。
在西部地区建设大型的水利水电工程，往往会碰到建设场地地质环境复杂、工程地质不良的问题。特别是分布在坝区的各类岩体结构面，是产生各类工程地质问题的关键控制因素。工程经验表明，工程岩体的失稳与结构面的发育程度、发育位置、产状、组合特征及其工程性质有着十分密切的内在联系。不管基础岩石如何坚固，只要岩体中存在由不利的岩体结构面构成的软弱的地质界面和分割面，岩体就失去了其完整性和连续性，就有可能沿着这些结构面发生变形破坏。如许多自然斜坡发生的大规模的崩落和滑坡、人工边坡、坝基和坝肩岩体的滑移失稳。
工程实例分析可知，几乎所有大坝失事都离不开渗透压力的不良作用，而渗透压力的形成与岩体结构面的导水或阻水作用有关。岩体结构面的张裂使得库水或地下水可以渗入其内，渗入到结构面中的地下水得不到排泄造成岩体内部形成高渗透压力，是坝基或坝肩岩体失稳的诱因。
常规室内原状试验以其经济性和便捷性，在渗透变形试验方面应用十分广泛，但是由于其尺寸偏小，很难反映天然错动带的真实性状：1)错动带上下岩盘无法模拟；2)真实渗流的边界条件无法在室内反映。所以，室内试验尽管简单易行，但其试验成果通常与现场试验出入较大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对上述情况，提供一种渗透变形试验的现场原状样结构及其制备方法，旨在结合试验点结构面具体尺寸、走向、渗透性并结合该位置供水能力、仪器安装及施工方便等综合确定试样尺寸，原状样应该完整包括岩体结构面，缓倾角层间错动带在高度方向、陡倾角断层在宽度方向，并至少保留不小于20cm厚度的完整原状破碎带。
本发明所采用的技术方案是：渗透变形试验的现场原状样结构，其特征在于所述结构呈长方体，结构的中部为含层间错动带的试样，沿试样的渗径方向布置进水仓和出水仓，进、出水仓内均填充有鹅卵石，进水仓内装有底面与试样底面等高的进水管并在进水管的进水口安装钢丝滤网，所述出水仓内装有底面与试样顶面等高的出水管；所述试样剩下的四个面包裹钢筋混凝土保护层，整个结构的最外层为只露出进水管和出水管的钢筋混凝土密封层。
所述层间错动带在岩体中的位置为缓倾角层间错动带软弱夹层宽度在10～20cm，且软弱夹层的上、下各20cm为无明显裂隙的岩石；陡倾角错动带带宽度在20～50cm，其中既包括泥化带，也包括碎石带，左、右各20cm为无明显裂隙的岩石；所述层间错动带保留不小于20cm厚度的完整原状破碎带。
所述进水管和出水管为耐高压塑料管或紫铜管。
所述钢丝滤网设两层，孔径为2mm。
本发明用于渗透变形试验的现场原状样结构的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1、选定取样位置后，在拟定试样位置四周和顶部10～20cm处用电动电锤向试样外钻开至少30cm宽度的工作仓面；
2、人工修样，使试样除底面外的五个面暴露出来，试样各面一旦修好，立刻用塑料布包裹并用钢模板固定；
3、安装测压管，在层间错动带的破碎带部位用电钻在试样一侧沿渗径方向等距离钻直径6～8mm，深3cm的孔，再把制作好的测压管安装在孔内；测压管采用耐高压塑料管或紫铜管，测压管顶部包裹两层孔径为2mm的钢丝虑网；
4、待试样五个面都修好后，进、出水仓面仍然用塑料布包裹并用钢模板固定，其余三面绑扎好钢筋并预留一定绑扎长度，浇筑15～20cm混凝土保护层，人工振捣密实，在洞内养护5-7天；
5、人工修整试样底面，修通部分回垫石块支撑，直到最后整体修通；
6、在洞外靠近水源位置平整一块2m×3m的场地，试样底面修通后翻倒在拖车上，运出洞外，底面朝上放置在场地中央，立刻用塑料布遮挡住试样底面并盖上钢板；
7、凿毛试样在步骤5.4中浇筑的除顶面以外的两侧混凝土保护层，并绑扎钢筋，垂直渗径方向每10cm布置一根钢筋，沿渗径方向每15cm布置一根钢筋，预留一定绑扎长度；
8、取下试样进、出水仓面上的塑料布和钢板，根据试样实际进、出水面大小，制作并安装进水仓和出水仓；
9、在试样四周立模，使模板与试样之间保持15cm的间隙，一次性浇筑混凝土形成钢筋混凝土密封层，包裹住试样，并用振捣棒捣实；
10、在洞外养护5-7天后，将试样翻正，进水仓内装满洗净的粒径为5～60mm的鹅卵石，出水仓内装满洗净的粒径为20～60mm的鹅卵石，并安装进水管、出水管和排气管；
11、凿毛试样顶面在步骤4中浇筑的混凝土保护层，并把原预留的钢筋绑扎好，立模补浇15cm厚的混凝土，洒水养护5-7天后，即可准备开始试验。
本发明的有益效果是：本发明通过现场制备的原状样渗透变形试验，为水利水电工程中坝址区遇到断层、层间、层内错动带，存在潜在渗透变形破坏风险的问题，提供了优化设计的依据，本方法相比室内原状试验更能准确反映天然错动带的真实性状，有利于真实反映错动带上下岩盘、渗流的边界条件等。
附图说明
图1是本发明自进水口至出水口的整体剖面图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例渗透变形试验的现场原状样结构呈长方体，结构中部的试样1(原状样)应完整包括岩体结构面，并结合试验点结构面的具体尺寸、走向、渗透性、该位置的供水能力、仪器安装及施工方便等因素综合确定试样1尺寸。试样1中部应含有层间错动带1－1，该层间错动带1－1在岩体中的位置为缓倾角层间错动带软弱夹层宽度在10～20cm左右，上、下层各20cm内岩石较完整，无明显裂隙；陡倾角错动带带宽度在20～50cm左右，其中既包括泥化带，也应包括碎石带，左、右两层各20cm内岩石较完整，无明显裂隙。层间错动带1－1至少保留不小于20cm厚度的完整原状破碎带。
沿试样1的渗径方向布置进水仓5和出水仓4，进水仓内填充有粒径为5～60mm洗净的鹅卵石，出水仓内填充有粒径为20-60mm冲洗干净的鹅卵石，进水仓5内装有底面与试样底面等高的进水管7并在进水管的进水口安装钢丝滤网9，钢丝滤网9设两层，孔径为2mm，防止砂石细颗粒渗出堵塞管路；出水仓4内装有底面与试样顶面等高的出水管8。所述进水管7和出水管8采用耐高压塑料管或紫铜管，用以与外界相通形成回路。
所述试样1除进、出水仓面以外剩下的四个面包裹钢筋混凝土保护层3，用以保护试样在运输途中的完整性，减少人为扰动。整个结构的最外层为只露出进水管7和出水管8的钢筋混凝土密封层6，在试验中作为容器起到密封、承压作用。
所述进水管7和出水管8为DN20(6分管)内径20mm。钢丝虑网9直径为2mm。钢筋混凝土保护层3及钢筋混凝土密封层6中的钢筋为Ф10的圆钢。
本实施例用于渗透变形试验的现场原状样结构的制备方法，包括以下步骤：
1、选定取样位置后，在拟定试样1位置四周和顶部10～20cm处用电动电锤向试样1外钻开至少30cm宽度的工作仓面，要求尽量保证似定试样位置的岩石完整性，减少对原状样的扰动。
2、人工修样，使试样1除底面外的五个面暴露出来，试样1各面一旦修好，立刻用塑料布包裹并用钢模板固定，避免上部岩石渗水导致试样体表面软化，同时也减小试样的人为扰动。
3、安装测压管，软弱夹层和断层是在地质构造过程中，岩体在软弱部位发生错动滑移所形成的。一般又可以细分为两个部分：完全泥化带和岩屑碎石带。完全泥化带显粘土状，透水性差；岩屑碎石带强度低，遇水易软化，透水性强，是渗流的主要通道。所以测压管应该安装在岩屑碎石带部位。
在层间错动带1－1的破碎带部位用电钻在试样1一侧沿渗径方向等距离钻直径6～8mm，深3cm的孔，再把制作好的测压管安装在孔内；测压管采用耐高压塑料管或紫铜管，测压管顶部包裹两层孔径为2mm的钢丝虑网，防止软弱夹层内有细粒带出堵塞测压管。
4、待试样1五个面都修好后，进、出水仓面仍然用塑料布包裹并用钢模板固定，其余三面绑扎好钢筋并预留一定绑扎长度，浇筑15～20cm混凝土保护层(即形成钢筋混凝土保护层3)，人工振捣密实，在洞内养护5-7天。
5、人工修整试样1底面，修通部分回垫石块支撑，直到最后整体修通。
6、在洞外靠近水源位置平整一块2m×3m的场地，试样1底面修通后翻倒在拖车上，运出洞外，底面朝上放置在场地中央，立刻用塑料布遮挡住试样底面并盖上钢板，防止试样底面水分过快流失，导致试样风化，裂隙张开。
7、凿毛试样1在步骤4中浇筑的除顶面以外的两侧混凝土保护层，并绑扎钢筋，垂直渗径方向每10cm布置一根钢筋，沿渗径方向每15cm布置一根钢筋，预留一定绑扎长度。
8、取下试样1进、出水仓面上的塑料布和钢板，根据试样实际进、出水面大小，制作并安装进水仓5和出水仓4。
9、在试样1四周立模，使模板与试样之间保持15cm的间隙，一次性浇筑混凝土形成钢筋混凝土密封层6，包裹住试样，并用振捣棒捣实。
10、在洞外养护5-7天后，将试样1翻正，进水仓5内装满洗净的粒径为5～60mm的鹅卵石，出水仓4内装满洗净的粒径为20～60mm的鹅卵石，并安装进水管7、出水管8和排气管。进水管7与试样底面等高；出水管8底面与试样顶面等高。
11、凿毛试样1顶面在步骤4中浇筑的混凝土保护层，并把原预留的钢筋绑扎好，立模补浇15cm厚的混凝土，洒水养护5-7天后，即可准备开始试验。
Claims (5)
1.一种渗透变形试验的现场原状样结构，其特征在于：所述结构呈长方体，结构的中部为含层间错动带(1－1)的试样(1)，沿试样的渗径方向布置进水仓(5)和出水仓(4)，进、出水仓内均填充有鹅卵石，进水仓(5)内装有底面与试样底面等高的进水管(7)并在进水管的进水口安装钢丝滤网(9)，所述出水仓(4)内装有底面与试样顶面等高的出水管(8)；所述试样(1)剩下的四个面包裹钢筋混凝土保护层(3)，整个结构的最外层为只露出进水管(7)和出水管(8)的钢筋混凝土密封层(6)。
2.根据权利要求1所述的渗透变形试验的现场原状样结构，其特征在于：所述层间错动带(1－1)在岩体中的位置为缓倾角层间错动带软弱夹层宽度在10～20cm，且软弱夹层的上、下各20cm为无明显裂隙的岩石；陡倾角错动带带宽度在20～50cm，其中既包括泥化带，也包括碎石带，左、右各20cm为无明显裂隙的岩石；所述层间错动带(1－1)保留不小于20cm厚度的完整原状破碎带。
3.根据权利要求2所述的渗透变形试验的现场原状样结构，其特征在于：所述进水管(7)和出水管(8)为耐高压塑料管或紫铜管。
4.根据权利要求2所述的渗透变形试验的现场原状样结构，其特征在于：所述钢丝滤网(9)设两层，孔径为2mm。
5.一种如权利要求2所述的用于渗透变形试验的现场原状样结构的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
5.1、选定取样位置后，在拟定试样(1)位置四周和顶部10～20cm处用电动电锤向试样(1)外钻开至少30cm宽度的工作仓面；
5.2、人工修样，使试样(1)除底面外的五个面暴露出来，试样(1)各面一旦修好，立刻用塑料布包裹并用钢模板固定；
5.3、安装测压管，在层间错动带(1－1)的破碎带部位用电钻在试样(1)一侧沿渗径方向等距离钻直径6～8mm，深3cm的孔，再把制作好的测压管安装在孔内；测压管采用耐高压塑料管或紫铜管，测压管顶部包裹两层孔径为2mm的钢丝虑网；
5.4、待试样(1)五个面都修好后，进、出水仓面仍然用塑料布包裹并用钢模板固定，其余三面绑扎好钢筋并预留一定绑扎长度，浇筑15～20cm混凝土保护层，人工振捣密实，在洞内养护5-7天；
5.5、人工修整试样(1)底面，修通部分回垫石块支撑，直到最后整体修通；
5.6、在洞外靠近水源位置平整一块2m×3m的场地，试样(1)底面修通后翻倒在拖车上，运出洞外，底面朝上放置在场地中央，立刻用塑料布遮挡住试样底面并盖上钢板；
5.7、凿毛试样(1)在步骤5.4中浇筑的除顶面以外的两侧混凝土保护层，并绑扎钢筋，垂直渗径方向每10cm布置一根钢筋，沿渗径方向每15cm布置一根钢筋，预留一定绑扎长度；
5.8、取下试样(1)进、出水仓面上的塑料布和钢板，根据试样实际进、出水面大小，制作并安装进水仓(5)和出水仓(4)；
5.9、在试样(1)四周立模，使模板与试样之间保持15cm的间隙，一次性浇筑混凝土形成钢筋混凝土密封层(6)，包裹住试样，并用振捣棒捣实；
5.10、在洞外养护5-7天后，将试样(1)翻正，进水仓(5)内装满洗净的粒径为5～60mm的鹅卵石，出水仓(4)内装满洗净的粒径为20～60mm的鹅卵石，并安装进水管(7)、出水管(8)和排气管；
5.11、凿毛试样(1)顶面在步骤5.4中浇筑的混凝土保护层，并把原预留的钢筋绑扎好，立模补浇15cm厚的混凝土，洒水养护5-7天后，即可准备开始试验。
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