CN108663299A - 一种用于面板堆石坝原位水平渗透试验方法 - Google Patents

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方伟
张细和
谭建军
田小岩
王建琦
徐安
李松
高宁
姚贤泽
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
    • G01N15/08—Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials

Abstract

本发明提供了一种用于面板堆石坝原位水平渗透试验方法，包括以下步骤：设置待检区平面位置‑在待检区铺贴防水卷材‑进行铺料‑放样待检区平面位置，设置试验待检区‑在试验待检区域内设置供水坑、原位待检试体与观测槽‑供水并渗流‑渗流达到稳定，开始试验，计算水平渗透系数。本发明操作简单，适用性强，保证了渗透边界及碾压堆石料内部结构不受扰动，减小了偏差，使得所测量的结果也更真实、直观、可靠，得到的水平渗透系数更准确。

Description

一种用于面板堆石坝原位水平渗透试验方法
技术领域
本发明涉及一种用于面板堆石坝原位水平渗透试验方法，属于水利工程技术领域。
背景技术
堆石料通常是指岩体开采所得岩块经粉碎而得到的岩石碎块类集合体，其在自然界中分布广泛、储景丰富，且具有填筑密度大，压实性能好、透水性强、沉陷变形小、承载力高等优良特性。近年来大型施工机械发展迅速，使得碾压式高土石坝、堆石坝、混凝土面板堆石坝发展很快，但是这些土石坝中病坝又占有相当的比例，主要都是渗透问题，由渗透破坏引起的跨坝事件也时有发生。在现有技术中，堆石坝的填筑都是分层碾压而成，其渗流现象远不是均质的,而是成层的,且水平渗透远大于垂直渗透性，当渗流为水平向时，测量现场水平渗透系数是必要的，但对于某些特殊结构层或填土难以取原状样导致无法进行室内试验，或者所取土样受到扰动，渗透边界及内部结构已发生变化，导致室内检测结果与现场实际情况相比偏差较大，且相比于室内水平渗透试验，有必要探究一种现场原位试验方法，保证了渗透边界及碾压堆石料内部结构不受扰动。
根据上述，得到综合反映土体渗透能力的一个指标是渗透系数K，其数值的正确确定对渗透计算有着非常重要的意义。影响渗透系数大小的因素很多，主要取决于土体颗粒的形状、大小、不均匀系数和水的粘滞性等，要建立计算渗透系数k的精确理论公式比较困难，通常可通过试验方法，包括实验室测定法和现场测定法或经验估算法来确定k值。目前，主要有以下几种确定K值的方式：
1.当前的渗透试验依据著名的法国科学家达西的达西定律开展的，即土体的渗透速度与试样两端面间的水位差成正比，而与渗径长度成反比，表示为：式中：v-渗流速度，k-渗透系数，h-试件两端的水位差，L-渗流长度,i-水力坡降。
2.在现行的《土工试验规程》依据达西定律提供了一种原位测定土体垂直渗透系数的方法，但并未给出原位测定土体水平渗透系数的方法。
3.对水平渗透试验采用室内制备试件进行常水头试验的方法，但对现场原位试验检测并不适用，其试验原理为：设试样的厚度为L，试样的截面积为A，试验时上下游水位差为h；试验时只需要用量筒和秒表测出一定时间t内下游出水口的出水量Q,确定试样渗透系数，公式表述为：
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于面板堆石坝原位水平渗透试验方法，该用于面板堆石坝原位水平渗透试验方法保证了渗透边界及碾压堆石料内部结构不受扰动，所测量的结果也更真实、直观、可靠。
本发明通过以下技术方案得以实现。
本发明提供的一种用于面板堆石坝原位水平渗透试验方法，包括以下步骤：
①设置待检区平面位置；
②在待检区铺贴防水卷材；
③进行铺料；
④放样待检区平面位置，设置试验待检区；
⑤在试验待检区域内设置供水坑、原位待检试体与观测槽；
⑥供水并渗流；
⑦渗流达到稳定，开始试验，计算水平渗透系数。
所述步骤①分为以下步骤：
(1.1)选择平整、无沉降的地方设置待检区，范围为方形，大小为1m×1m；
(1.2)在待检区上设控制点，用全站仪测量出待检区的控制点水平坐标。
所述步骤②分为以下步骤：
(2.1)在待检区表面铺贴1m×1m的防水卷材；
(2.2)控制点与防水卷材的位置误差不超过
所述步骤(2.1)中的防水卷材为SBS改性沥青防水卷材。
所述步骤③分为以下步骤：
(3.1)在防水卷材表面进行铺料；
(3.2)碾压铺料，将铺料压实在防水卷材表面，使得铺料与防水卷材之间无间隙。
所述步骤④中，用全站仪对待检区的控制点水平坐标进行放样并标记，得到试验待检区。
所述步骤⑤分为以下步骤：
(5.1)在试验待检区设置供水坑，供水坑的半径为0.1m，深度挖至底部防水卷材高程；
(5.2)在供水坑的外侧放坡设置一个同心观测槽，观测槽内壁半径为0.5m，观测槽底部宽度为0.15m，深度挖至底部防水卷材高程；
(5.3)供水坑与观测槽之间形成的环状部分为原位待检试体。
所述步骤⑥分为以下步骤：
(6.1)通过容量筒向供水坑供水，直至供水坑内水位与原位待检试体表面齐平，并保证水位高程不变；
(6.2)观测观测槽水位变化，对水位高程和供水坑供水量进行测量。
所述步骤⑦分为以下步骤：
(7.1)渗流稳定：在供水坑水位高程不变、观测槽水位高程稳定时，达到渗流稳定；
(7.2)开始测量：通过秒表记录供水坑供水渗透到观测槽的时间t，并测量供水坑的供水量Q、水平渗流长度L、水温T、供水坑内水位高度H1和观测槽水位高度H2；
(7.3)根据步骤(7.2)内的测量数据，进行水平渗透系数计算。
所述步骤(7.3)中水平渗透系数的计算公式为：
其中，k20为水平渗透系数，k为渗透系数，为温度校正系数；
所述渗透系数的计算公式为：
其中，k为渗透系数，Q为供水量，L为水平渗流长度，A为渗流截面面积；h为水位差，t为渗流时间；
所述渗流截面面积A的计算公式为：
A＝2πRH1＝0.4H1；
其中，H1为供水坑内水位高度，R为供水坑圆心到观测槽周边任何线段的长度；
所述水位差h的计算公式为：
h＝H1-H2；
其中，H1为供水坑内水位高度，H2为观测槽水位高度。
本发明的有益效果在于：操作简单，适用性强，保证了渗透边界及碾压堆石料内部结构不受扰动，减小了偏差，使得所测量的结果也更真实、直观、可靠，得到的水平渗透系数更准确。
附图说明
图1是本发明控制点分布图；
图2是本发明的平面图；
图3是图2的剖面图；
图中：1-隔水板，2-原位待检试体，3-供水坑，4-观测槽。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
一种用于面板堆石坝原位水平渗透试验方法，包括以下步骤：
①设置待检区平面位置：选择平整、无沉降的地方设置待检区，范围为方形，大小为1m×1m；在待检区上设控制点，用全站仪测量出待检区的控制点水平坐标，如图1所示，图中a、b、c、d、e为控制点；
②在待检区铺贴防水卷材：在待检区表面铺贴1m×1m的防水卷材，并让控制点与防水卷材的位置误差不超过其中，防水卷材为SBS改性沥青防水卷材，该材质有较高的弹性和耐疲劳性，以及良好伸长率和较强的耐穿刺能力、耐撕裂能力；防水卷材铺贴应平整，用来作为隔水板1；
③进行铺料：在防水卷材表面进行铺料，并进行碾压，将铺料压实在防水卷材表面，使得铺料与防水卷材之间无间隙；
④设置试验待检区：放样待检区平面位置，用全站仪对待检区的控制点水平坐标进行放样并标记，得到试验待检区；
⑤在试验待检区域内设置供水坑3、原位待检试体2与观测槽4：在试验待检区设置一个供水坑，供水坑的半径为0.1m，深度挖至底部防水卷材高程，即待检层压实后厚度(待检层包括试验待检区、卷水材料、待检层和铺料)，然后在供水坑的外侧放坡设置一个同心观测槽，观测槽内壁半径为0.5m，观测槽底部宽度为0.15m，深度挖至底部防水卷材高程，之后供水坑与观测槽之间形成的环状部分为原位待检试体，如图2和图3所示；
⑥供水并渗流：通过容量筒向供水坑供水，直至供水坑内水位与原位待检试体表面齐平，并保证水位高程不变，再观测观测槽水位变化，对水位高程和供水坑供水量进行测量；
⑦渗流达到稳定，开始试验，计算水平渗透系数，具体步骤如下：
(7.1)渗流稳定：在供水坑水位高程不变、观测槽水位高程稳定时，达到渗流稳定；
(7.2)开始测量：通过秒表记录供水坑供水渗透到观测槽的时间t，并测量供水坑的供水量Q、水平渗流长度L、水温T、供水坑内水位高度H1和观测槽水位高度H2；
(7.3)根据步骤(7.2)内的测量数据，进行水平渗透系数计算。
所述步骤(7.3)中水平渗透系数的计算公式为：
其中，k20为水平渗透系数，k为渗透系数，为温度校正系数；
所述渗透系数的计算公式为：
其中，k为渗透系数，Q为供水量，L为水平渗流长度，A为渗流截面面积；h为水位差，t为渗流时间；
所述渗流截面面积A的计算公式为：
A＝2πRH1＝0.4H1；
其中，H1为供水坑内水位高度，R为供水坑圆心到观测槽周边任何线段的长度；
所述水位差h的计算公式为：
h＝H1-H2；
其中，H1为供水坑内水位高度，H2为观测槽水位高度。

Claims (10)

1.一种用于面板堆石坝原位水平渗透试验方法，其特征在于：包括以下步骤：
①设置待检区平面位置；
②在待检区铺贴防水卷材；
③进行铺料；
④放样待检区平面位置，设置试验待检区；
⑤在试验待检区域内设置供水坑、原位待检试体与观测槽；
⑥供水并渗流；
⑦渗流达到稳定，开始试验，计算水平渗透系数。
2.如权利要求1所述的用于面板堆石坝原位水平渗透试验方法，其特征在于：所述步骤①分为以下步骤：
(1.1)选择平整、无沉降的地方设置待检区，范围为方形，大小为1m×1m；
(1.2)在待检区上设控制点，用全站仪测量出待检区的控制点水平坐标。
3.如权利要求1所述的用于面板堆石坝原位水平渗透试验方法，其特征在于：所述步骤②分为以下步骤：
(2.1)在待检区表面铺贴1m×1m的防水卷材；
(2.2)控制点与防水卷材的位置误差不超过
4.如权利要求3所述的用于面板堆石坝原位水平渗透试验方法，其特征在于：所述步骤(2.1)中的防水卷材为SBS改性沥青防水卷材。
5.如权利要求1所述的用于面板堆石坝原位水平渗透试验方法，其特征在于：所述步骤③分为以下步骤：
(3.1)在防水卷材表面进行铺料；
(3.2)碾压铺料，将铺料压实在防水卷材表面，使得铺料与防水卷材之间无间隙。
6.如权利要求1所述的用于面板堆石坝原位水平渗透试验方法，其特征在于：所述步骤④中，用全站仪对待检区的控制点水平坐标进行放样并标记，得到试验待检区。
7.如权利要求1所述的用于面板堆石坝原位水平渗透试验方法，其特征在于：所述步骤⑤分为以下步骤：
(5.1)在试验待检区设置供水坑，供水坑的半径为0.1m，深度挖至底部防水卷材高程；
(5.2)在供水坑的外侧放坡设置一个同心观测槽，观测槽内壁半径为0.5m，观测槽底部宽度为0.15m，深度挖至底部防水卷材高程；
(5.3)供水坑与观测槽之间形成的环状部分为原位待检试体。
8.如权利要求1所述的用于面板堆石坝原位水平渗透试验方法，其特征在于：所述步骤⑥分为以下步骤：
(6.1)通过容量筒向供水坑供水，直至供水坑内水位与原位待检试体表面齐平，并保证水位高程不变；
(6.2)观测观测槽水位变化，对水位高程和供水坑供水量进行测量。
9.如权利要求1所述的用于面板堆石坝原位水平渗透试验方法，其特征在于：所述步骤⑦分为以下步骤：
(7.1)渗流稳定：在供水坑水位高程不变、观测槽水位高程稳定时，达到渗流稳定；
(7.2)开始测量：通过秒表记录供水坑供水渗透到观测槽的时间t，并测量供水坑的供水量Q、水平渗流长度L、水温T、供水坑内水位高度H1和观测槽水位高度H2；
(7.3)根据步骤(7.2)内的测量数据，进行水平渗透系数计算。
10.如权利要求9所述的用于面板堆石坝原位水平渗透试验方法，其特征在于：所述步骤(7.3)中水平渗透系数的计算公式为：
其中，k20为水平渗透系数，k为渗透系数，为温度校正系数；
所述渗透系数k的计算公式为：
其中，k为渗透系数，Q为供水量，L为水平渗流长度，A为渗流截面面积；h为水位差，t为渗流时间；
所述渗流截面面积A的计算公式为：
A＝2πRH1＝0.4H1；
其中，H1为供水坑内水位高度，R为供水坑圆心到观测槽周边任何线段的长度；
所述水位差h的计算公式为：
h＝H1-H2；
其中，H1为供水坑内水位高度，H2为观测槽水位高度。
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