CN107858988B - 一种提高土石坝抗渗性能的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种提高土石坝抗渗性能的装置及方法，所述土石坝的防渗体的内部预先埋设有若干竖直设立的通气管，并位于防渗体的上游侧的1/3区域内；所述通气管为双层管，其包括内管和外管，所述外管的底部封闭，所述内管的底部与外管的底部之间留有间隙；所述外管的管壁上设有通孔，所述外管的上端通过阀门与外接气源连接。采用本发明的技术方案，将气体通入通气管，空气通过内外管之间的空隙泵入防渗体内部，并将通气管内原有水沿内管挤出；空气经过外管的通孔通入到土石坝的防渗体内部，促使水面以下区域非饱和化，降低了土质防渗体上游侧的水头，提高土质防渗体上游侧刚度，并提高土石坝整体抗渗性能。

Description

一种提高土石坝抗渗性能的装置及方法

技术领域

本发明属于水利工程技术领域，尤其涉及一种提高土石坝抗渗性能的装置及其应用方法。

背景技术

渗透破坏是导致土石坝发生溃坝事故的重要原因。另外，早在上世纪八十年代，国外研究人员就发现土样的饱和度对渗透试验结果的准确性有较大的影响。当土样饱和程度较低，土颗粒间会存在较多的气泡，在渗透过程中，这些气泡堵塞部分孔道，阻碍水的流动，使实际的过流断面变小，提高土样的抗渗和抗破坏性能，因此测得的渗透系数和破坏水力梯度也得到相应提高。同时，低饱和度条件下土体刚度、强度较饱和条件下都有较大程度提高，通过降低土体饱和程度来提高其抗渗性能和刚度具有理论基础。

发明内容

针对以上技术问题，本发明公开了一种提高土石坝抗渗性能的装置及其应用方法，提高了土石坝整体的抗渗性能。

对此，本发明采用的技术方案为：

一种提高土石坝抗渗性能的装置，其中，所述土石坝内设有防渗体；所述土石坝的防渗体的内部预先埋设有若干竖直设立的通气管，并位于防渗体的上游侧的1/3区域内；所述通气管为双层管，其包括内管和外管，所述外管的底部封闭，所述内管的底部与外管的底部之间留有间隙；所述外管的管壁上设有通孔，所述外管的上端通过阀门与外接气源连接。其中，所述通气管构成通气管网。内管起排水作用。

作为本发明的进一步改进，所述通气管呈空间立体设置，在土石坝的水平截面上，所述相邻两排的通气管呈品字形或三角形设置。进一步的，在土石坝的水平截面上，相邻两排的三根通气管之间呈等边三角形分布。

作为本发明的进一步改进，沿坝体长度方向同一竖向截面的所有通气管的中轴线均位于同一断面上。这样，避免管网侧壁渗透破坏，保证管体全部同水头。

作为本发明的进一步改进，所述通气管由粗管接细管构成，预先埋置于土石坝的防渗体内部，位于上游侧的1/3区域内。进一步的，所述通气管的内管和外管均采用软管。

作为本发明的进一步改进，所述内管的外径比外管内径小至少2厘米。

作为本发明的进一步改进，所述外管为花管，所述外管的管壁上的通孔等距分布。

作为本发明的进一步改进，所述通孔的直径不大于5毫米，所述通孔之间的间距不大于10厘米。

作为本发明的进一步改进，所述通孔的直径为1~3毫米，所述通孔之间的间距为6~8厘米。

本发明还公开了一种提高土石坝抗渗性能的方法，其采用如上任意一项所述的提高土石坝抗渗性能的装置进行抗渗，包括以下步骤：

在水库蓄水后，对通气管的外管进行通气，待内管的上端出口没有水流出时，封闭内管的上端并持续通气，使空气通过通气管输入土质防渗体内部。

作为本发明的进一步改进，所述外接气源的供气压值不超过50kPa。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

采用本发明的技术方案，将气体通入通气管，空气通过内外管之间的空隙泵入坝体内部，并将通气管内原有水沿内管挤出；空气经过外管的通孔通入到土石坝的防渗体内部，促使水面以下区域非饱和化，降低了土质防渗体上游侧的水头，提高土质防渗体上游侧刚度，并提高土石坝整体抗渗性能。

附图说明

图1是本发明的通气管在土石坝内部的布局示意图。

图2是本发明的通气管的示意图。

图3是本发明通气管在土石坝的水平截面的布局示意图。

附图标记包括：1-土石坝，2-防渗体，3-通气管，31-外管，32-内管，33-通孔，4-外接气源。

具体实施方式

下面对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。

实施例1

如图1~图3所示，一种提高土石坝抗渗性能的装置，其中，所述土石坝1内设有防渗体2；所述土石坝1的防渗体2内部埋设有若干竖直设立的通气管3，并位于防渗体2的上游侧；所述通气管3为双层管，其包括内管32和外管31，所述外管31的底部封闭，所述内管32的底部与外管31的底部之间留有间隙；所述外管31的管壁上设有通孔33，所述外管31的上端通过阀门与外接气源4连接。所述通气管3构成立体结构的通气管3网。

如图2~图3所示，所述通气管3中，内管32的外径比外管31内径小至少2厘米。所述外管31为花管，所述外管31的管壁上的通孔33等距分布。所述通孔33的直径不大于5毫米，所述通孔33之间的间距不大于10厘米。优选的，所述通孔33的直径为1~3毫米，所述通孔33之间的间距为6~8厘米。所述内管32、外管31均为软管。

如图1~图3所示，所述通气管3埋设在土石坝1的防渗体2内部，并位于防渗体2的上部。所述通气管3成空间立体设置，在土石坝1的水平截面上，相邻两排的三根通气管3之间呈等边三角形分布。沿坝体长度方向同一竖向截面的所有通气管3的中轴线均位于同一断面上。这样，避免管网侧壁渗透破坏，保证管体全部同水头。所述通气管3由粗管接细管构成，其埋置于土石坝1的防渗体2内部并靠近上游一侧。

实施例2

采用上述提高土石坝抗渗性能的装置进行抗渗，其方法包括以下步骤：

在水库蓄水后，对通气管的外管进行通气，空气通过内外管之间的空隙泵入坝体内部，并将通气管内原有水沿内管挤出，内管中水会从内管的上端出口压出，当内管没有水从上端出口流出时，封闭内管的上端并持续通气，使空气通过通气管输入土质防渗体内部。这样，空气经过外管的通孔通入到土石坝的防渗体内部，促使水面以下区域非饱和化，降低了土质防渗体上游侧的水头，提高了土质防渗体上游侧刚度，并提高土石坝整体抗渗性能。其中，所述外接气源的供气压值不超过50kPa。

实施例3

采用实施例1的装置和实施例2的方法进行验证实验，实验如下所述：

对一批由粗颗粒组和细颗粒组构成的缺级石英砂进行室内水平渗透破坏试验，其中粗颗粒组粒径为1.18~3.35mm，细颗粒组粒径为0.106~0.212mm，细颗粒组质量占总质量的40%，石英砂试样在侧限状态下受到300kPa的竖向应力。分别对饱和试样和非饱和试样进行渗透破坏试验，得到饱和状态下的临界水力梯度为1.18，破坏水力梯度为3.18，非饱和状态下的临界水力梯度为2.34，破坏水力梯度为4.88。非饱和状态下的临界水力梯度测值约为饱和状态测值的两倍，非饱和状态下的破坏水力梯度测值相较于饱和状态也有明显的提高。证明通过防渗体水下区域非饱和化来临时快速提高其抗渗透破坏性能是可行的。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种提高土石坝抗渗性能的装置，其特征在于：所述土石坝的防渗体的内部预先埋设有若干竖直设立的通气管，并位于防渗体的上游侧的1/3区域内；所述通气管为双层管，其包括内管和外管，所述外管的底部封闭，所述内管的底部与外管的底部之间留有间隙；所述外管的管壁上设有通孔，所述外管的上端通过阀门与外接气源连接；所述通气管由粗管接细管构成，预先埋置于土石坝的防渗体内部，位于上游侧的1/3区域内；通气管的内管和外管均采用软管。

2.根据权利要求1所述的提高土石坝抗渗性能的装置，其特征在于：所述通气管呈空间立体设置，在土石坝的水平截面上，相邻两排的三根通气管之间呈等边三角形分布。

3.根据权利要求1所述的提高土石坝抗渗性能的装置，其特征在于：沿坝体长度方向同一竖向截面的所有通气管的中轴线均位于同一断面上。

4.根据权利要求1所述的提高土石坝抗渗性能的装置，其特征在于：所述通孔的直径不大于5毫米，所述通孔之间的间距不大于10厘米。

5.根据权利要求1所述的提高土石坝抗渗性能的装置，其特征在于：所述内管的外径比外管的内径小至少2厘米；所述外管的管壁上的通孔等距分布。

6.一种提高土石坝抗渗性能的方法，其特征在于：其采用如权利要求1~5任意一项所述的提高土石坝抗渗性能的装置进行抗渗，包括以下步骤：

在水库蓄水后，对通气管的外管进行通气，待内管的上端出口没有水流出时，封闭内管的上端并持续通气，使空气通过通气管输入土质防渗体内部。

7.根据权利要求6所述的提高土石坝抗渗性能的方法，其特征在于：所述外接气源的供气压值不超过50kPa。