CN112986101A - 一种土石坝砂砾石筑坝料水平渗透特性试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于水利水电工程土工试验方法技术领域，公开了一种土石坝砂砾石筑坝料水平渗透特性试验方法，利用多用途渗透仪对原级配筑坝料进行大型水平渗透特性试验，可避免颗粒级配缩尺效应对筑坝料渗透特性的影响，利用水头供水加压装置模拟实际坝体挡水工作水头，在维持原有填筑料级配的基础上，模拟水电站大坝填筑料在实际水头压力作用下的渗透特性，并且配以高精度的控制组件，能实现填筑料在不同条件下原级配渗透特性试验，测出土石坝砂砾石填筑料渗透特性参数，记录并分析填筑料渗透特性演变过程，为高面板坝坝体渗透稳定性分析及评价提供更为可靠的技术参数，为大坝填筑料设计提供准确、可靠、真实的技术参考依据，经济效益显著。

Description

一种土石坝砂砾石筑坝料水平渗透特性试验方法

技术领域

本发明属于水利水电工程土工试验方法技术领域，具体涉及一种土石坝砂砾石筑坝料水平渗透特性试验方法。

背景技术

随着高面板土石坝的兴建，砂石料筑坝料渗透特性及坝体渗透稳定性成为高面板土石坝建设的制约性关键技术问题。原级配砂砾石筑坝材料渗透特性试验多数是在现场碾压试验后，仅采用试坑注水法测定其非饱和状态下的渗透系数，由于条件限制，不能测定筑坝料的水平渗透参数和高水头作用下土石坝砂砾石筑坝料的渗透过程演变。另外，由于渗透试验是在现有碾压体上进行的，对筑坝料试验条件有一定的限制，施加的作用水头有限。

因受制于仪器设备加工条件和工程规模的限制，目前国内现行版本的试验规程中，试验设备满足粗粒土最大粒径60mm的渗透及渗透变形试验，且试验水头多低于100m。对于最大粒径远超60mm的砂砾石原级配料的试验方法，室内往往采用缩径后的级配进行，缺乏明确的试验方法和设备装置，并且也无法检测到渗透变形情况。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种土石坝砂砾石筑坝料水平渗透特性试验方法，克服了现有技术中存在的问题。

为了解决技术问题，本发明的技术方案是：一种土石坝砂砾石筑坝料水平渗透特性试验方法，包括以下步骤：

步骤1：根据试验要求确定多用途渗透仪的尺寸、水头供水加压装置2的最大水头压力以及填筑料类别；

步骤2：在多用途渗透仪内壁进行边壁绕流处理；

步骤3：根据渗透试验形式和制样要求对填筑料进行制样，制样时在多用途渗透仪的测压孔中预埋测压延伸管；

步骤4：对填筑料从多用途渗透仪底部自下而上滴水饱和；

步骤5：采用缓凝早强微膨胀水泥砂浆密封填筑料，并紧固多用途渗透仪；

步骤6：将多用途渗透仪进水口与水头供水加压装置连接，多用途渗透仪出水口与渗水量量测装置连接，渗水量量测装置输出端与沉淀池连接，沉淀池输出端与蓄水箱输入端连接，蓄水箱输出端连接水头供水加压装置，将水头供水加压装置、多用途渗透仪和渗水量量测装置分别与控制组件电连接；

步骤7：进行水平渗透特性试验，开启水头供水加压装置，逐步提升试验水头至设计水头压力值，由控制组件记录和采集填筑料水平渗透特性试验过程参数，进行渗透系数、渗透坡降和渗透流速参数的分析，根据渗透坡降和渗透流速绘制lgi-lgv曲线，用于观察水平渗透试验的动态演变过程。

优选的，所述步骤1中多用途渗透仪包括进水端腔体、试样箱体和出水端腔体，所述试样箱体的节数为一节、两节或者多节，并且进水端腔体、试样箱体和出水端腔体沿水平方向依次通过法兰连接组装，出水端腔体连接渗水量量测装置，所述进水端腔体、试样箱体和出水端腔体连接处设置有透水板；沿试样箱体长度方向每隔1m在试样箱体底设置一个饱和孔，饱和水位上升速率保持4cm/h~5cm/h，最终饱和水位高于填筑料面1cm。

优选的，所述试样箱体包括箱体主体、盖板和渗透仪基座，箱体主体下端面设置于渗透仪基座上，箱体主体上端面与盖板固定连接，所述试样箱体为方形结构，长度为1~3m，横断面为1m×1m，所述箱体主体前后两侧面上均匀分布有测压孔，测压孔在箱体主体长度方向的设置间隔为20~25cm，所述测压孔用于预埋测压延伸管，测压延伸管长度为25cm，测压延伸管外接压力传感器，压力传感器与控制组件电连接，用于采集测试断面水头压力。

优选的，所述步骤2中在多用途渗透仪内壁进行边壁绕流处理，具体为：将底涂粘结剂均匀涂覆于试样箱体内壁形成底涂粘结剂层，将遇水膨胀材料橡胶腻子均匀涂覆于底涂粘结剂层形成遇水膨胀材料橡胶腻子层，所述底涂粘结剂层的涂覆厚度为0.3~0.8mm，底涂粘结剂选自HYT环氧底涂剂，所述遇水膨胀材料橡胶腻子层的涂覆厚度为2~4mm。

优选的，所述步骤3中根据渗透试验形式和制样要求对填筑料进行制样具体为：对填筑料进行分层制样，根据填筑料最大粒径确定分层制样的厚度，最大粒径小于50mm时，分层层厚为10cm，最大粒径介于50mm~100mm时，分层层厚为15cm，最大粒径介于100mm~200mm时，分层层厚为25cm，层间毛面处理深度为1.5cm；制样时采用变频振动电机表面振动器进行夯实，变频振动电机表面振动器采用功率2×0.8KW电机，激振力为10kN，可变频为0~50Hz。

优选的，所述步骤5中缓凝早强微膨胀水泥砂浆由水泥、中砂、水和膨胀剂混合制成，其中水泥、中砂和水的质量比为1：2.5：0.5，膨胀剂掺配量为水泥质量的1.2%，使用缓凝早强微膨胀水泥砂浆密封填筑料后0.5h内完成箱体主体和盖板的紧固。

优选的，所述步骤6中渗水量量测装置包括进水管、电磁流量计、出水口阀门、量筒出水口、开关阀、连通管、排水管、大测量筒、小测量筒、磁翻板远传液位计、测量筒基座、小测量筒排水阀和大测量筒排水阀，进水管一端连接出水端腔体，进水管另一端连接量筒出水口，所述进水管和量筒出水口之间的管路上设置有电磁流量计和出水口阀门，所述大测量筒和小测量筒分别竖直固定于测量筒基座上，所述大测量筒和小测量筒之间通过连通管连通，连通管上设置有开关阀，所述小测量筒与磁翻板远传液位计连接，磁翻板远传液位计和电磁流量计分别与控制组件电连接，所述大测量筒和小测量筒底部分别通过排水管与沉淀池连接，其中大测量筒与沉淀池连接的排水管上设置有大测量筒排水阀，小测量筒与沉淀池连接的排水管上设置有小测量筒排水阀，所述量筒出水口为两个，其中两个量筒出水口分别设置于大测量筒和小测量筒正上方；当渗水量小于100ml/s时，采用磁翻板远传液位计配合小测量筒进行测量；当渗水量小于200ml/s时，采用磁翻板远传液位计配合大测量筒和小测量筒进行测量；当渗水量大于200ml/s时，采用电磁流量计进行测量。

优选的，所述步骤6中水头供水加压装置包括水泵组合单元、压力变送器、电动调节阀、二次减压阀、耐压无缝钢管、渗透仪入水口阀门和水头供水控制组件，所述蓄水箱的输出端通过连接水管连接水泵组合单元，水泵组合单元的输出端通过耐压无缝钢管连接渗透仪入水口阀门，渗透仪入水口阀门的输出端连接多用途渗透仪，所述水泵组合单元和渗透仪入水口阀门之间的耐压无缝钢管上设置有压力变送器，所述水泵组合单元的输出端还连接电动调节阀，电动调节阀的输出端连接二次减压阀，二次减压阀的输出端连接蓄水箱的输入端，所述水泵组合单元、压力变送器和电动调节阀分别与水头供水控制组件电连接，水头供水控制组件与控制组件电连接；所述步骤中控制组件包括PLC柜、计算机、信号电缆和基于FLC软件开发的操作系统，其中基于FLC软件开发的操作系统安装于计算机中，PLC柜中设置有变频器和数显压力变送器，其中变频器和数显压力变送器分别与基于FLC软件开发的操作系统连接，所述变频器和数显压力变送器通过信号电缆与水头供水加压装置、多用途渗透仪和渗水量量测装置连接，控制组件用于控制水头供水加压装置提供试验所需的水头压力，并且采集填筑料测试断面的水头压力以及渗水量。

优选的，所述水泵组合单元由六套单泵加压组件并联组成，分别为第一套单泵加压组件、第二套单泵加压组件、第三套单泵加压组件、第四套单泵加压组件、第五套单泵加压组件和第六套单泵加压组件，每套单泵加压组件均由进水阀门、水泵和止回阀依次通过水压管道连接组装；所述第一套单泵加压组件由第一进水阀门、第一水泵和第一止回阀依次连接组装；第二套单泵加压组件由第二进水阀门、第二水泵和第二止回阀依次连接组装；第三套单泵加压组件由第三进水阀门、第三水泵和第三止回阀依次连接组装；第四套单泵加压组件由第四进水阀门、第四水泵和第四止回阀依次连接组装；第五套单泵加压组件由第五进水阀门、第五水泵和第五止回阀依次连接组装；第六套单泵加压组件由第六进水阀门、第六水泵和第六止回阀依次连接组装，所述各水泵和止回阀分别与水头供水控制组件电连接，各止回阀分别与耐压无缝钢管采用法兰机械连接；所述水泵组合单元采取多级泵梯级配置，其中第一水泵的水头扬程为1.5~61m，第二水泵的水头扬程为61~101m，第三水泵的水头扬程为101~162m，第四水泵的水头扬程为162~203m，第五水泵和第六水泵的水头扬程203~350m，所述水泵组合单元通过控制组件的控制提供0~350m区间内连续稳定的加压水头，各水泵的额定流量为0~42m³/h，多泵联合控制最高供水流量120m³/h，水泵从启动到达到预定工作频率时长设置为3s，水泵从关闭到停止工作时长设置为15s。

优选的，所述步骤7中水平渗透特性试验的填筑料最大粒径设定为300mm，水头压力值设定不大于350m，多用途渗透仪的设置长度不小于1m且不大于16m；根据控制组件采集的数据进行渗透系数、渗透坡降和渗透流速的计算，并根据渗透坡降和渗透流速绘制lgi-lgv曲线，用于观察水平渗透试验的动态演变过程，所述渗透系数、渗透坡降和渗透流速的计算公式如下：

Q=1/4πd²△h/T

k=v/（100i）

式中：

i-渗透坡降；

ΔH-水头压力测试断面的水头差，m；

ΔL-水头压力测试断面之间的填筑料长度，m；

v-流速，m/s；

Q-渗出水流量，m³/s；

A-多用途渗透仪断面面积，m²；

d-测量筒直径，m；

△h-液面升高增量，m；

T-采集时长，s；

k-渗透系数，cm/s。

相对于现有技术，本发明的优点在于：

（1）本发明利用多用途渗透仪对原级配筑坝料进行大型水平渗透特性试验，可避免颗粒级配缩尺效应对筑坝料渗透特性的影响，利用水头供水加压装置模拟实际坝体挡水工作水头，在维持原有填筑料级配的基础上，模拟水电站大坝填筑料在实际水头压力作用下的渗透特性，并且配以高精度的控制组件，能实现填筑料在不同条件下原级配渗透特性试验，测出土石坝砂砾石填筑料渗透特性参数，记录并分析填筑料渗透特性演变过程，为高面板坝坝体渗透稳定性分析及评价提供更为可靠的技术参数，为大坝填筑料设计提供准确、可靠、真实的技术参考依据，经济效益显著；本发明满足超高土石坝填筑料最大粒径小于300mm时原级配水平渗透试验要求，填补国内该粒径粗粒土室内试验研究领域的空白；

（2）本发明利用水头供水加压装置和控制组件可持续对填筑料进行水平渗透稳定性试验，对高水头长时间作用下的原级配填筑料试样的渗透可靠性验证，也可进行350m以下水头压力值条件下，对原级配填筑料填筑料渗透演变特性进行试验，可以分析渗透特性演变规律；

（3）本发明控制组件实现了大型粗粒土渗透变形试验在高水头压力范围和大流量区间内，水头压力和对应流量的多通道实时自动采集，保证了在同一时刻各断面水头压力数据采集和渗透流量采集时刻的一致性，避免了人工采集各断面压力数据和渗透流量的时间差异和读数误差，解决了常规测压管无法进行高水头压力量测，以及量筒无法进行大流量渗透流量测量的难题，也提高了采集数据准确性和高效性；

（4）本发明多用途渗透仪的试样箱体的断面尺寸加大，为1m×1m，可满足最大粒径为300mm原级配填筑料的渗透特性试验，且制样标准可控性强，制样操作方便快捷，避免缩尺效应，能够精准的反应实际情况；本发明多用途渗透仪采用钢板焊接肋板的结构设计，肋板呈间距10cm方形布置，提升了多用途渗透仪的强度刚度，可进行最大试验水压为3.5MPa的渗透特性试验；

（5）本发明多用途渗透仪的试样箱体内壁依次涂覆有底涂粘结剂层和遇水膨胀材料橡胶腻子层，底涂粘结剂层对试样箱体内壁和遇水膨胀材料橡胶腻子层均具有具有粘结力，当试样饱和过程中，柔性颗粒胶凝涂料层在遇水后产生膨胀变形，并充满本发明试样箱体内壁与试样接触面的所有不规则表面、空穴及间隙，同时产生较大接触压力，从而降低渗透试验过程中边壁渗流，使渗透试验更符合实际情况，渗透试验成果更精准、可靠；

（6）本发明渗水量量测装置通过磁翻板远传液位计与电磁流量计组合使用的方式，在满足渗水量测量精度和准确度的前提下，扩大了流量测量范围，当渗水量较小时，采用磁翻板远传液位计进行单筒法测量，当渗水量较大时，采用磁翻板远传液位计进行双筒法测量，当渗水量继续增大时，采用电磁流量计测量，满足大尺寸渗透仪不同试验水头作用下渗水量的测量要求，并且在磁翻板远传液位计测量流量时，还设置了单筒法测量与双筒法测量两种模式，扩大了磁翻板远传液位计适用量程范围，同时保证具有足够的精度，测量精度和自动化程度高、适用范围广；渗水量量测装置可更改测量模式的全自动数据采集模块，自动化程度高，操作方便，即提高了渗透变形试验渗水量测量的准确度又提高了测试效率，同时减少人力，降低试验成本；

（7）本发明水头供水加压装置的水泵组合单元可提供0~350m区间内连续稳定的试验水头，尾水减压组件包括电动调节阀和二次减压阀，确保尾水低压力排入蓄水箱，本发明通过多级水泵梯级配置组合方式，能提供0~350m区间内从低压到高压水头渗透特性试验水头，供水压力稳定，压力范围广，压力控制精准高，自动化程度高，解决了高水头室内渗透试验供水供压问题。

附图说明

图1、本发明一种土石坝砂砾石筑坝料水平渗透特性试验方法的工艺流程图；

图2、本发明蓄水箱、水头供水加压装置、多用途渗透仪、渗水量量测装置、沉淀池和控制组件连接及结构示意图；

图3、本发明多用途渗透仪结构示意图；

图4、本发明图3局部A处放大右视剖视图；

图5、本发明图3局部B处放大剖视图；

图6、本发明图3局部C处放大左视剖视图；

图7、本发明渗水量量测装置结构示意图；

图8、本发明填筑料过渡料级配曲线图；

图9、本发明过渡料原级配水平渗透变形试验lgi-lgv关系曲线图。

附图标记说明

1、蓄水箱，2、水头供水加压装置，3、多用途渗透仪，4、渗水量量测装置，5、沉淀池，6、控制组件，7、供水管，8、连接水管，9、水泵组合单元，10、压力变送器，11、电动调节阀，12、二次减压阀，13、耐压无缝钢管，14、渗透仪入水口阀门，15、水头供水控制组件，16、进水阀门，17、水泵，18、止回阀，19、进水端腔体，20、试样箱体，21、出水端腔体，22、底涂粘结剂层，23、遇水膨胀材料橡胶腻子层，24、透水板，25、测压孔，26、肋板，27、第一临边穿孔螺栓，28、第一止水胶圈，29、法兰接头，30、钢板内螺帽螺栓，31、第二止水胶圈，32、第二临边穿孔螺栓，33、第三止水胶圈，34、进水管，35、电磁流量计，36、出水口阀门，37、量筒出水口，38、开关阀，39、连通管，40排水管，41、大测量筒，42、小测量筒，43、磁翻板远传液位计，44、测量筒基座，45、小测量筒排水阀，46、大测量筒排水阀；

6-1、PLC柜，6-2、计算机、6-3、信号电缆；

16-1、第一进水阀门，17-1、第一水泵，18-1、第一止回阀；

16-2、第二进水阀门，17-2、第二水泵，18-2第二止回阀；

16-3、第三进水阀门，17-3、第三水泵，18-3、第三止回阀；

16-4、第四进水阀门，17-4、第四水泵，18-4、第四止回阀；

16-5、第五进水阀门，17-5、第五水泵，18-5、第五止回阀；

16-6、第六进水阀门，17-6、第六水泵，18-6、第六止回阀；

19-1、垂直渗透试验进水口，19-2、水平渗透试验进水口，19-3、排气管，19-4、进水钢板面腔体结构；

21-1、垂直渗透试验出水口，21-2、水平渗透试验出水口，21-3、排沙管，21-4、出水钢板面腔体结构；

20-1、箱体主体，20-2、盖板，20-3、渗透仪基座，20-1-1、箱体主体外边沿。

具体实施方式

下面结合实施例描述本发明具体实施方式：

需要说明的是，本说明书所示意的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

实施例1

如图1所示，本发明公开了一种土石坝砂砾石筑坝料水平渗透特性试验方法，包括以下步骤：

步骤1：根据试验要求确定多用途渗透仪3的尺寸、水头供水加压装置2的最大水头压力以及填筑料类别；

步骤2：在多用途渗透仪3内壁进行边壁绕流处理；

步骤3：根据渗透试验形式和制样要求对填筑料进行制样，制样时在多用途渗透仪3的测压孔25中预埋测压延伸管；

步骤4：对填筑料从多用途渗透仪3底部自下而上滴水饱和；

步骤5：采用缓凝早强微膨胀水泥砂浆密封填筑料，并紧固多用途渗透仪3；

步骤6：将多用途渗透仪3进水口与水头供水加压装置2连接，多用途渗透仪3出水口与渗水量量测装置4连接，渗水量量测装置4输出端与沉淀池5连接，沉淀池5输出端与蓄水箱1输入端连接，蓄水箱1输出端连接水头供水加压装置2，将水头供水加压装置2、多用途渗透仪3和渗水量量测装置4分别与控制组件6电连接；

步骤7：进行水平渗透特性试验，开启水头供水加压装置2，逐步提升试验水头至设计水头压力值，由控制组件6记录和采集填筑料水平渗透特性试验过程参数，进行渗透系数、渗透坡降和渗透流速参数的分析，根据渗透坡降和渗透流速绘制lgi-lgv曲线，用于观察水平渗透试验的动态演变过程。

实施例2

优选的，如图3所示，所述步骤1中多用途渗透仪3包括进水端腔体19、试样箱体20和出水端腔体21，所述试样箱体20的节数为一节、两节或者多节，并且进水端腔体19、试样箱体20和出水端腔体21沿水平方向依次通过法兰连接组装，出水端腔体21连接渗水量量测装置4，所述进水端腔体19、试样箱体20和出水端腔体21连接处设置有透水板24；沿试样箱体20长度方向每隔1m在试样箱体20底设置一个饱和孔，饱和水位上升速率保持4cm/h~5cm/h，最终饱和水位高于填筑料面1cm。

所述进水端腔体19用于平衡水压，使得试样进水端受压断面水压稳定均衡；试样箱体20用于装填试样，可以满足最大粒径300mm以下粗颗粒土试样的渗透试验；出水端腔体21用于收集试样断面的渗透水，并确保试样出水端水流的自由排出；透水板24的作用是在确保试验水自由透过板体的同时，透水板24对试样起到支撑定型作用。

优选的，如图3所示，所述进水端腔体19由垂直渗透试验进水口19-1、水平渗透试验进水口19-2、排气管19-3和进水钢板面腔体结构19-4组成，垂直渗透试验进水口19-1垂直焊接于进水钢板面腔体结构19-4左端面下侧，水平渗透试验进水口19-2垂直焊接于进水钢板面腔体结构19-4下端面，所述排气管19-3垂直焊接于进水钢板面腔体结构19-4上端面，进水钢板面腔体结构19-4为方形腔体；所述出水端腔体21由垂直渗透试验出水口21-1、水平渗透试验出水口21-2、排沙管21-3和出水钢板面腔体结构21-4组成，其中垂直渗透试验出水口21-1垂直焊接于出水钢板面腔体结构21-4上端面，水平渗透试验出水口21-2垂直焊接于出水钢板面腔体结构21-4右端面上侧，排沙管21-3垂直焊接于出水钢板面腔体结构21-4下端面，出水钢板面腔体结构21-4为方形腔体。

所述垂直渗透试验进水口19-1用于垂直渗透试验时进水，水平渗透试验进水口19-2用于水平渗透试验时进水。

所述垂直渗透试验进水口21-1、水平渗透试验进水口21-2用于带压试验用水装置连接渗透仪器，排气管19-3排除进水端腔体19和试样饱和时孔隙中的空气。

优选的，如图3所示，所述试样箱体20包括箱体主体20-1、盖板20-2和渗透仪基座20-3，箱体主体20-1下端面设置于渗透仪基座20-3上，箱体主体20-1上端面与盖板20-2固定连接，所述试样箱体20为方形结构，长度为1~3m，横断面为1m×1m，所述箱体主体20-1前后两侧面上均匀分布有测压孔25，测压孔25在箱体主体20-1长度方向的设置间隔为20~25cm，所述测压孔25用于预埋测压延伸管，测压延伸管长度为25cm，测压延伸管外接压力传感器，压力传感器与控制组件6电连接，用于采集测试断面水头压力。

所述箱体主体20-1和盖板20-2均为钢板，箱体主体20-1和盖板20-2外侧均焊接有肋板26，所述肋板26呈间距10cm方形布置，肋板26的强度和刚度满足在最大3.5MPa试验水头作用下，每节试样箱体20长度2m范围内变形值小于2mm。

如图3~5所示，所述箱体主体20-1前后两侧边上端边沿设置有箱体主体外边沿20-1-1，箱体主体外边沿20-1-1与盖板20-2的边沿通过第一临边穿孔螺栓27全穿孔连接，所述箱体主体外边沿20-1-1和盖板20-2靠近第一临边穿孔螺栓27的内侧对应位置设置有凹槽，两个对应的凹槽内设置有第一止水胶圈28；所述箱体主体20-1上下游端面分别连接法兰接头29，盖板20-2的上下游边沿与法兰接头29通过钢板内螺帽螺栓30连接，并且盖板20-2和法兰接头29靠近钢板内螺帽螺栓30的内侧对应位置设置有凹槽，两个对应的凹槽内设置有第二止水胶圈31；所述相邻两个箱体主体20-1的法兰接头29通过第二临边穿孔螺栓32全穿孔连接，并且两个法兰接头29靠近第二临边穿孔螺栓32的内侧对应位置设置有凹槽，两个对应的凹槽内设置有第三止水胶圈33，其中法兰接头29的厚度为30~40mm。

所述箱体主体20-1用于装填试样，盖板20-2用于对装填后的试样进行密封。试样箱体20长度1~3m，横断面为1m×1m，即满足该试验相应粒径对试样长度和宽度的要求，又能方便水平渗透试验试样制备，便于试验操作。

所述肋板26的作用用于增加渗透仪箱体整体的强度和刚度，防止在高水压作用下，箱体发生严重的位移变形，进而影响试样的稳定性和试验的精准度；肋板7的强度和刚度满足在最大3.5MPa试验水头作用下，每节试样箱体20长度2m范围内变形值小于2mm，其作用在确保满足试验需求的前提下，允许适当的变形值，节约渗透仪造价，同时所允许的变形值在内壁涂刷遇水膨胀材料橡胶腻子的变形补偿下，处于可接受状态。

所述透水板24开孔直径8mm，保障试样中的细颗粒有足够的通道尺寸被水流带出，同时又能保障试样的稳定，根据以往试验经验，被水流搬运的试样粒径基本小于8mm，开孔率16~20%，在确保透水板整体透水能力，防止开孔率过小，影响试样渗流水的排除，开孔太大降低了钢板的强度和刚度。

如图6所示，所述步骤2中在多用途渗透仪（3）内壁进行边壁绕流处理，具体为：将底涂粘结剂均匀涂覆于试样箱体（20）内壁形成底涂粘结剂层（22），将遇水膨胀材料橡胶腻子均匀涂覆于底涂粘结剂层（22）形成遇水膨胀材料橡胶腻子层（23），所述底涂粘结剂层（22）的涂覆厚度为0.3~0.8mm，底涂粘结剂选自HYT环氧底涂剂，所述遇水膨胀材料橡胶腻子层（23）的涂覆厚度为2~4mm。

所述底涂粘结剂对试样箱体20的内壁和遇水膨胀材料橡胶腻子都具有粘结力，底涂粘结剂涂抹厚度为0.3~0.8mm，在渗透水压为3.5MPa条件下，渗透仪试样箱体20与底涂粘结剂之间、底涂粘结剂与遇水膨胀材料橡胶腻子之间粘结稳固，不产生离层。

实施例3

优选的，所述步骤3中根据渗透试验形式和制样要求对填筑料进行制样具体为：对填筑料进行分层制样，根据填筑料最大粒径确定分层制样的厚度，最大粒径小于50mm时，分层层厚为10cm，最大粒径介于50mm~100mm时，分层层厚为15cm，最大粒径介于100mm~200mm时，分层层厚为25cm，层间毛面处理深度为1.5cm；制样时采用变频振动电机表面振动器进行夯实，变频振动电机表面振动器采用功率2×0.8KW电机，激振力为10kN，可变频为0~50Hz。

所述变频振动电机表面振动器的下部震动台加工为高为25cm梯形台座，底面为0.5m×0.5m厚2.5cm的方形钢板，顶面为0.25m×0.25m厚2.5cm的方形钢板。

实施例4

优选的，所述步骤5中缓凝早强微膨胀水泥砂浆由水泥、中砂、水和膨胀剂混合制成，其中水泥、中砂和水的质量比为1：2.5：0.5，膨胀剂掺配量为水泥质量的1.2%，使用缓凝早强微膨胀水泥砂浆密封填筑料后0.5h内完成箱体主体20-1和盖板20-2的紧固。

实施例5

优选的，如图2、7所示，所述步骤6中渗水量量测装置4包括进水管34、电磁流量计35、出水口阀门36、量筒出水口37、开关阀38、连通管39、排水管40、大测量筒41、小测量筒42、磁翻板远传液位计43、测量筒基座44、小测量筒排水阀45和大测量筒排水阀46，进水管34一端连接出水端腔体21，进水管34另一端连接量筒出水口37，所述进水管34和量筒出水口37之间的管路上设置有电磁流量计35和出水口阀门36，所述大测量筒41和小测量筒42分别竖直固定于测量筒基座44上，所述大测量筒41和小测量筒42之间通过连通管39连通，连通管39上设置有开关阀38，所述小测量筒42与磁翻板远传液位计43连接，磁翻板远传液位计43和电磁流量计35分别与控制组件6电连接，所述大测量筒41和小测量筒42底部分别通过排水管40与沉淀池5连接，其中大测量筒41与沉淀池5连接的排水管40上设置有大测量筒排水阀46，小测量筒42与沉淀池5连接的排水管40上设置有小测量筒排水阀45，所述量筒出水口37为两个，其中两个量筒出水口37分别设置于大测量筒41和小测量筒42正上方；当渗水量小于100ml/s时，采用磁翻板远传液位计43配合小测量筒42进行测量；当渗水量小于200ml/s时，采用磁翻板远传液位计43配合大测量筒41和小测量筒42进行测量；当渗水量大于200ml/s时，采用电磁流量计35进行测量。

所述进水管34包括前端进水管和后端进水管，前端进水管输入端通过第一法兰接头与多用途渗透仪3的垂直渗透试验出水口21-1水平渗透试验出水口21-2连接，所述前端进水管输出端通过两个第二法兰接头与电磁流量计35连接，其中一个第二法兰接头设置于电磁流量计35输入端，另一个第二法兰接头设置于电磁流量计35输出端，所述后端进水管输入端与设置于电磁流量计35输出端的第二法兰接头连接，后端进水管输出端连接量筒出水口37，所述前端进水管随着靠近电磁流量计35的方向其内径逐渐减小，并且前端进水管的内径大于后端进水管的内径。将前端进水管设置成靠近渗透试验出水口直径大，靠近后端进水管直径小的形式，这样设置可有效保证电磁流量计35的测量精度。

优选的，如图2、7所示，所述大测量筒41和小测量筒42之间通过两个连通管39连通，其中一个连通管39设置于大测量筒41和小测量筒42下侧，另一个连通管39设置于大测量筒41和小测量筒42上侧，所述两个连通管39相互平行，并且两个连通管39上均设置有开关阀38，并且两个连通管39分别与测量筒基座44平行。

优选的，所述大测量筒41和小测量筒42的高度相同，并且大测量筒41的直径大于小测量筒42的直径。

优选的，所述磁翻板远传液位计43包括液位浮球、磁翻板、测量管柱和磁翻板远传液位计控制组件，其中测量管柱与小测量筒42连通，液位浮球设置于测量管柱内，所述测量管柱一侧设置有由多个磁翻板排列组成的磁翻板柱，其中磁翻板柱的高度与测量管柱的高度相同，所述磁翻板远传液位计控制组件设置于测量管柱顶部，其中磁翻板远传液位计控制组件分别与多个磁翻板电连接，并且磁翻板远传液位计控制组件与控制组件6电连接，所述磁翻板柱一侧设置有刻度，用于随时观察磁翻板的翻动位置。

所述磁翻板远传液位计控制组件将磁翻板的翻转信号传递给全自动数据采集模块，能实现该功能的设备均可使用，全自动数据采集模块为现有技术。

实施例6

优选的，如图1、2所示，所述步骤6中水头供水加压装置2包括水泵组合单元9、压力变送器10、电动调节阀11、二次减压阀12、耐压无缝钢管13、渗透仪入水口阀门14和水头供水控制组件15，所述蓄水箱1的输出端通过连接水管8连接水泵组合单元9，水泵组合单元9的输出端通过耐压无缝钢管13连接渗透仪入水口阀门14，渗透仪入水口阀门14的输出端连接多用途渗透仪3，所述水泵组合单元9和渗透仪入水口阀门14之间的耐压无缝钢管13上设置有压力变送器10，所述水泵组合单元9的输出端还连接电动调节阀11，电动调节阀11的输出端连接二次减压阀12，二次减压阀12的输出端连接蓄水箱1的输入端，所述水泵组合单元9、压力变送器10和电动调节阀11分别与水头供水控制组件15电连接，水头供水控制组件15与控制组件6电连接；所述步骤6中控制组件6包括PLC柜6-1、计算机6-2、信号电缆6-3和基于FLC软件开发的操作系统，其中基于FLC软件开发的操作系统安装于计算机6-2中，PLC柜6-1中设置有变频器和数显压力变送器，其中变频器和数显压力变送器分别与基于FLC软件开发的操作系统连接，所述变频器和数显压力变送器通过信号电缆6-3与水头供水加压装置2、多用途渗透仪3和渗水量量测装置4连接，控制组件6用于控制水头供水加压装置2提供试验所需的水头压力，并且采集填筑料测试断面的水头压力以及渗水量。

所述基于FLC软件开发的操作系统由试验压力控制模块、试验数据采集模块、试验数据处理模块、试验数据保存模块和设备控制模块组成，其中试验数据采集模块、试验数据处理模块和试验数据保存模块依次连接，试验压力控制模块与设备控制模块连接，通过输入试验水压数据、自动采集渗透仪不同观测点水头压力、渗流量数据，然后输出渗透特征曲线和渗透特征参数数据，例如：所述控制组件6通过采集压力变送器10的数据，采用变频器调节水泵组合单元9的功率和电动调节阀11的开度，自动调节供水压力的大小。

优选的，如图2所示，所述水泵组合单元9由六套单泵加压组件并联组成，分别为第一套单泵加压组件、第二套单泵加压组件、第三套单泵加压组件、第四套单泵加压组件、第五套单泵加压组件和第六套单泵加压组件，每套单泵加压组件均由进水阀门16、水泵17和止回阀18依次通过水压管道连接组装；所述第一套单泵加压组件由第一进水阀门16-1、第一水泵17-1和第一止回阀18-1依次连接组装；第二套单泵加压组件由第二进水阀门16-2、第二水泵17-2和第二止回阀18-2依次连接组装；第三套单泵加压组件由第三进水阀门16-3、第三水泵17-3和第三止回阀18-3依次连接组装；第四套单泵加压组件由第四进水阀门16-4、第四水泵17-4和第四止回阀18-4依次连接组装；第五套单泵加压组件由第五进水阀门16-5、第五水泵17-5和第五止回阀18-5依次连接组装；第六套单泵加压组件由第六进水阀门16-6、第六水泵17-6和第六止回阀18-6依次连接组装，所述各水泵和止回阀分别与水头供水控制组件15电连接，各止回阀分别与耐压无缝钢管13采用法兰机械连接；所述水泵组合单元9采取多级泵梯级配置，其中第一水泵17-1的水头扬程为1.5~61m，第二水泵17-2的水头扬程为61~101m，第三水泵17-3的水头扬程为101~162m，第四水泵17-4的水头扬程为162~203m，第五水泵17-5和第六水泵17-6的水头扬程203~350m，所述水泵组合单元9通过控制组件6的控制提供0~350m区间内连续稳定的加压水头，各水泵的额定流量为0~42m³/h，多泵联合控制最高供水流量120m³/h，水泵从启动到达到预定工作频率时长设置为3s，水泵从关闭到停止工作时长设置为15s。

所述单泵加压组件的套数可以根据所需的加压水头进行调整。

优选的，所述当试验所需加压水头小于第一水泵17-1的起始工作加压水头时，开启第一水泵17-1后调整电动调节阀11的开度，控制回流水量达到稳定输出试验所需加压水头。

当加压水头小于1.5m时候，利用水泵控制水压稳定性差，本发明采用第一水泵17-1持续供给1.5m的水头值，然后通过控制电动调节阀11的开度，调节供压水头，电动调节阀11开度越大，供压水头越小。

实施例7

优选的，所述步骤7中水平渗透特性试验的填筑料最大粒径设定为300mm，水头压力值设定不大于350m，多用途渗透仪3的设置长度不小于1m且不大于16m；根据控制组件6采集的数据进行渗透系数、渗透坡降和渗透流速的计算，并根据渗透坡降和渗透流速绘制lgi-lgv曲线，用于观察水平渗透试验的动态演变过程，所述渗透系数、渗透坡降和渗透流速的计算公式如下：

Q=1/4πd²△h/T

k=v/（100i）

式中：

i-渗透坡降；

ΔH-水头压力测试断面的水头差，m；

ΔL-水头压力测试断面之间的填筑料长度，m；

v-流速，m/s；

Q-渗出水流量，m³/s；

A-多用途渗透仪断面面积，m²；

d-测量筒直径，m；

△h-液面升高增量，m；

T-采集时长，s；

k-渗透系数，cm/s。

实施例8

某大坝填筑料过渡料其水平渗透特性试验要求最大试验水头压力为220m，填筑料过渡料级配曲线图见图8及制样标准见表1，试样有效渗径4m。

表1原级配填筑料过渡料渗透特性试验制样标准

填筑料类别	制样干密度（g/cm<sup>3</sup>）	相对密度（Dr）
			过渡料	2.36	0.95

采用本发明试验方法对填筑料过渡料进行原级配填筑料渗透变形试验研究，其级配曲线如图8，制样控制标准如表1，本发明断面为1m×1m试样箱体20要求试样的D₈₅不大于300mm，该大坝过渡料原级配D₈₅最大粒径均小于200mm，故选用1m×1m组合式试样箱体20即可满足规程中渗透特性试验的要求；试验水头压力要求为220m，本发明试验方法水压值水头设定不大于350m，满足实例要求；试验渗径要求4m，故采用两节2m长的试样箱体20，两节试样箱体20采用法兰连接。

对试样箱体20内部边壁涂刷底涂粘结剂层22和遇水膨胀材料橡胶腻子层23，减少填筑料与试样箱体20钢板直接接触缝隙，降低边壁绕流。

过渡料试样制备采用变频表面振动器，其夯板为0.5m×0.5m厚2.5cm的方形钢板，试振确定振动频率为35~40HZ；最大粒径介于100mm~200mm时，分层层厚25cm，层与层间毛面处理深度1.5cm，分层振动击实过程中预埋测压延伸管。

在试样箱体20距离进水口分别为0m、1m、2m、3m、4m位置处滴水饱和孔进行滴水饱和，饱和水位上升速率控制在4cm~5cm/h，最终饱和水位高于试样面1cm。

将多用途渗透仪3进水口与水头供水加压装置2连接，多用途渗透仪3出水口与渗水量量测装置4连接，渗水量量测装置4输出端与沉淀池5连接，沉淀池5输出端与蓄水箱1输入端连接，蓄水箱1输出端连接水头供水加压装置2，将水头供水加压装置2、多用途渗透仪3和渗水量量测装置4分别与控制组件6电连接，调试多用途渗透仪3处的水头压力传感器，对上述设备进行排气及测量基准值调整；

密封材料采用缓凝早强微膨胀水泥砂浆密封试样，其中水泥、中砂和水的质量比为1:2.5:0.5:0.2，膨胀剂掺配量为水泥质量的1.2%，使用缓凝早强微膨胀水泥砂浆密封填筑料后0.5h内完成箱体主体20-1和盖板20-2的紧固。

开始水平渗透特性试验，逐步提升试验水头至设计水头压力值，由控制组件6记录和采集试样水平渗透特性试验过程参数。

试验成果如下：

通过对试验过程中各压力传感器读数分析，对过渡料的水平渗透变形试验成果分试样段的数据绘制lgi-lgv关系曲线，如图9。依据本发明方法对渗透变形试验的临界坡降和破坏坡降参数进行判定，水平渗透变形试验成果见表2。

表2 过渡料水平渗透变形试验成果汇总表

试验类型	渗透系数k<sub>20</sub>（cm/s）	临界坡降i<sub>k</sub>	破坏坡降i<sub>f</sub>
				过渡料水平渗透变形试验	8.88×10<sup>-3</sup>	0.95	13.10

如图9所示，对试验动态演变过程进行分析，加压水头3.00m~20.00m时，沿着试样的水流方向，各观测断面压力传感器水头值读数整体分布呈离散性较大的递减分布；试验水头大于20.00m时，随着水头的增大，试样逐渐破坏，过渡料前部试样段逐步贯通，而出水口处压力传感器始终保持出水口自由液面高度的水头值，使得最后两测压断面试样段水头差不断增大，该测压断面试样段坡降值不断升高；继续提高试验水头，渗透lgi-lgv曲线出现多次转折，直至试验水头为145.17m时，整体试样渗透lgi-lgv曲线仍呈现折叠上升趋势，而此时的渗透出流量无明显的增大，水平渗透变形试验lgi-lgv关系曲线中表现为向左偏移的折线上升的形态，渗透变形试验lgi-lgv关系曲线斜率不断增大，其渗透系数逐步降低。

如表2所示，所述渗透系数通过lgi-lgv关系曲线开始一段时间的线性直线段（临界坡降之前的直线段）确定，得到渗透系数为8.88×10^-3cm/s；临界坡降通过lgi-lgv关系曲线向右平移的转折段确定，得到临界坡降为0.95；破坏坡降通过lgi-lgv关系曲线明显多次转折开始处确定，得到破坏坡降为13.10。

本发明得到的渗透系数、临界坡降和破坏坡降的数据，更接近真实值，因为在试验过程中避免了各种造成误差的可能，因此渗透试验成果更精准、可靠。

本发明的工作原理如下：

本发明包括蓄水箱1、水头供水加压装置2、多用途渗透仪3、渗水量量测装置4、沉淀池5和控制组件6，供水管7与蓄水箱1进水口相连，蓄水箱1出水口经连接水管8与水头供水加压装置2连接，水头供水加压装置2经信号电缆6-3与控制组件6连接，水头供水加压装置2经耐压无缝钢管13与多用途渗透仪3的垂直渗透试验进水口19-1和水平渗透试验进水口19-2连接，多用途渗透仪3的箱体外侧设有多个测压孔25，测压孔25处设置压力传感器，垂直渗透试验出水口21-1和水平渗透试验出水口21-2经进水管34与渗水量量测装置4连接，渗水量量测装置4与沉淀池5连接，沉淀池5经连接水管8与蓄水箱1相连形成循环用水系统，水头供水加压装置2经、压力传感器和渗水量量测装置4经信号电缆6-3与控制组件6相连反馈试验数据，控制组件6采集的数据进行渗透系数、渗透坡降和渗透流速的计算，并根据渗透坡降和渗透流速绘制lgi-lgv曲线，用于观察水平渗透试验的动态演变过程。

本发明利用多用途渗透仪对原级配筑坝料进行大型水平渗透特性试验，可避免颗粒级配缩尺效应对筑坝料渗透特性的影响，利用水头供水加压装置模拟实际坝体挡水工作水头，在维持原有填筑料级配的基础上，模拟水电站大坝填筑料在实际水头压力作用下的渗透特性，并且配以高精度的控制组件，能实现填筑料在不同条件下原级配渗透特性试验，测出土石坝砂砾石填筑料渗透特性参数，记录并分析填筑料渗透特性演变过程，为高面板坝坝体渗透稳定性分析及评价提供更为可靠的技术参数，为大坝填筑料设计提供准确、可靠、真实的技术参考依据，经济效益显著；本发明满足超高土石坝填筑料最大粒径小于300mm时原级配水平渗透试验要求，填补国内该粒径粗粒土室内试验研究领域的空白。

本发明利用水头供水加压装置和控制组件可持续对填筑料进行水平渗透稳定性试验，对高水头长时间作用下的原级配填筑料试样的渗透可靠性验证，也可进行350m以下水头压力值条件下，对原级配填筑料填筑料渗透演变特性进行试验，可以分析渗透特性演变规律。

本发明控制组件实现了大型粗粒土渗透变形试验在高水头压力范围和大流量区间内，水头压力和对应流量的多通道实时自动采集，保证了在同一时刻各断面水头压力数据采集和渗透流量采集时刻的一致性，避免了人工采集各断面压力数据和渗透流量的时间差异和读数误差，解决了常规测压管无法进行高水头压力量测，以及量筒无法进行大流量渗透流量测量的难题，也提高了采集数据准确性和高效性。

本发明多用途渗透仪的试样箱体的断面尺寸加大，为1m×1m，可满足最大粒径为300mm原级配填筑料的渗透特性试验，且制样标准可控性强，制样操作方便快捷，避免缩尺效应，能够精准的反应实际情况；本发明多用途渗透仪采用钢板焊接肋板的结构设计，肋板呈间距10cm方形布置，提升了多用途渗透仪的强度刚度，可进行最大试验水压为3.5MPa的渗透特性试验。

本发明多用途渗透仪的试样箱体内壁依次涂覆有底涂粘结剂层和遇水膨胀材料橡胶腻子层，底涂粘结剂层对试样箱体内壁和遇水膨胀材料橡胶腻子层均具有具有粘结力，当试样饱和过程中，柔性颗粒胶凝涂料层在遇水后产生膨胀变形，并充满本发明试样箱体内壁与试样接触面的所有不规则表面、空穴及间隙，同时产生较大接触压力，从而降低渗透试验过程中边壁渗流，使渗透试验更符合实际情况，渗透试验成果更精准、可靠。

本发明渗水量量测装置通过磁翻板远传液位计与电磁流量计组合使用的方式，在满足渗水量测量精度和准确度的前提下，扩大了流量测量范围，当渗水量较小时，采用磁翻板远传液位计进行单筒法测量，当渗水量较大时，采用磁翻板远传液位计进行双筒法测量，当渗水量继续增大时，采用电磁流量计测量，满足大尺寸渗透仪不同试验水头作用下渗水量的测量要求，并且在磁翻板远传液位计测量流量时，还设置了单筒法测量与双筒法测量两种模式，扩大了磁翻板远传液位计适用量程范围，同时保证具有足够的精度，测量精度和自动化程度高、适用范围广；渗水量量测装置可更改测量模式的全自动数据采集模块，自动化程度高，操作方便，即提高了渗透变形试验渗水量测量的准确度又提高了测试效率，同时减少人力，降低试验成本。

本发明水头供水加压装置的水泵组合单元可提供0~350m区间内连续稳定的试验水头，尾水减压组件包括电动调节阀和二次减压阀，确保尾水低压力排入蓄水箱，本发明通过多级水泵梯级配置组合方式，能提供0~350m区间内从低压到高压水头渗透特性试验水头，供水压力稳定，压力范围广，压力控制精准高，自动化程度高，解决了高水头室内渗透试验供水供压问题。

本发明提出了一种新型室内测定一种土石坝砂砾石筑坝料水平渗透特性试验方法，配以高精度的量测采集及控制组件，能实现填筑料在不同条件下原级配渗透特性试验，分析原级配填筑料高水头水平渗透特性试验的演变过程，形成科学可行的原级配填筑料高水头水平渗透试验方法。

上面对本发明优选实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。

Claims (10)

1.一种土石坝砂砾石筑坝料水平渗透特性试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：根据试验要求确定多用途渗透仪（3）的尺寸、水头供水加压装置（2）的最大水头压力以及填筑料类别；

步骤2：在多用途渗透仪（3）内壁进行边壁绕流处理；

步骤3：根据渗透试验形式和制样要求对填筑料进行制样，制样时在多用途渗透仪（3）的测压孔（25）中预埋测压延伸管；

步骤4：对填筑料从多用途渗透仪（3）底部自下而上滴水饱和；

步骤5：采用缓凝早强微膨胀水泥砂浆密封填筑料，并紧固多用途渗透仪（3）；

步骤6：将多用途渗透仪（3）进水口与水头供水加压装置（2）连接，多用途渗透仪（3）出水口与渗水量量测装置（4）连接，渗水量量测装置（4）输出端与沉淀池（5）连接，沉淀池（5）输出端与蓄水箱（1）输入端连接，蓄水箱（1）输出端连接水头供水加压装置（2），将水头供水加压装置（2）、多用途渗透仪（3）和渗水量量测装置（4）分别与控制组件（6）电连接；

步骤7：进行水平渗透特性试验，开启水头供水加压装置（2），逐步提升试验水头至设计水头压力值，由控制组件（6）记录和采集填筑料水平渗透特性试验过程参数，进行渗透系数、渗透坡降和渗透流速参数的分析，根据渗透坡降和渗透流速绘制lgi-lgv曲线，用于观察水平渗透试验的动态演变过程。

2.根据权利要求1所述的一种土石坝砂砾石筑坝料水平渗透特性试验方法，其特征在于：所述步骤1中多用途渗透仪（3）包括进水端腔体（19）、试样箱体（20）和出水端腔体（21），所述试样箱体（20）的节数为一节、两节或者多节，并且进水端腔体（19）、试样箱体（20）和出水端腔体（21）沿水平方向依次通过法兰连接组装，出水端腔体（21）连接渗水量量测装置（4），所述进水端腔体（19）、试样箱体（20）和出水端腔体（21）连接处设置有透水板（24）；沿试样箱体（20）长度方向每隔1m在试样箱体（20）底设置一个饱和孔，饱和水位上升速率保持4cm/h~5cm/h，最终饱和水位高于填筑料面1cm。

3.根据权利要求2所述的一种土石坝砂砾石筑坝料水平渗透特性试验方法，其特征在于：所述试样箱体（20）包括箱体主体（20-1）、盖板（20-2）和渗透仪基座（20-3），箱体主体（20-1）下端面设置于渗透仪基座（20-3）上，箱体主体（20-1）上端面与盖板（20-2）固定连接，所述试样箱体（20）为方形结构，长度为1~3m，横断面为1m×1m，所述箱体主体（20-1）前后两侧面上均匀分布有测压孔（25），测压孔（25）在箱体主体（20-1）长度方向的设置间隔为20~25cm，所述测压孔（25）用于预埋测压延伸管，测压延伸管长度为25cm，测压延伸管外接压力传感器，压力传感器与控制组件（6）电连接，用于采集测试断面水头压力。

4.根据权利要求3所述的一种土石坝砂砾石筑坝料水平渗透特性试验方法，其特征在于：所述步骤2中在多用途渗透仪（3）内壁进行边壁绕流处理，具体为：将底涂粘结剂均匀涂覆于试样箱体（20）内壁形成底涂粘结剂层（22），将遇水膨胀材料橡胶腻子均匀涂覆于底涂粘结剂层（22）形成遇水膨胀材料橡胶腻子层（23），所述底涂粘结剂层（22）的涂覆厚度为0.3~0.8mm，底涂粘结剂选自HYT环氧底涂剂，所述遇水膨胀材料橡胶腻子层（23）的涂覆厚度为2~4mm。

5.根据权利要求1所述的一种土石坝砂砾石筑坝料水平渗透特性试验方法，其特征在于：所述步骤3中根据渗透试验形式和制样要求对填筑料进行制样具体为：对填筑料进行分层制样，根据填筑料最大粒径确定分层制样的厚度，最大粒径小于50mm时，分层层厚为10cm，最大粒径介于50mm~100mm时，分层层厚为15cm，最大粒径介于100mm~200mm时，分层层厚为25cm，层间毛面处理深度为1.5cm；制样时采用变频振动电机表面振动器进行夯实，变频振动电机表面振动器采用功率2×0.8KW电机，激振力为10kN，可变频为0~50Hz。

6.根据权利要求3所述的一种土石坝砂砾石筑坝料水平渗透特性试验方法，其特征在于：所述步骤5中缓凝早强微膨胀水泥砂浆由水泥、中砂、水和膨胀剂混合制成，其中水泥、中砂和水的质量比为1：2.5：0.5，膨胀剂掺配量为水泥质量的1.2%，使用缓凝早强微膨胀水泥砂浆密封填筑料后0.5h内完成箱体主体（20-1）和盖板（20-2）的紧固。

7.根据权利要求1所述的一种土石坝砂砾石筑坝料水平渗透特性试验方法，其特征在于：所述步骤6中渗水量量测装置（4）包括进水管（34）、电磁流量计（35）、出水口阀门（36）、量筒出水口（37）、开关阀（38）、连通管（39）、排水管（40）、大测量筒（41）、小测量筒（42）、磁翻板远传液位计（43）、测量筒基座（44）、小测量筒排水阀（45）和大测量筒排水阀（46），进水管（34）一端连接出水端腔体（21），进水管（34）另一端连接量筒出水口（37），所述进水管（34）和量筒出水口（37）之间的管路上设置有电磁流量计（35）和出水口阀门（36），所述大测量筒（41）和小测量筒（42）分别竖直固定于测量筒基座（44）上，所述大测量筒（41）和小测量筒（42）之间通过连通管（39）连通，连通管（39）上设置有开关阀（38），所述小测量筒（42）与磁翻板远传液位计（43）连接，磁翻板远传液位计（43）和电磁流量计（35）分别与控制组件（6）电连接，所述大测量筒（41）和小测量筒（42）底部分别通过排水管（40）与沉淀池（5）连接，其中大测量筒（41）与沉淀池（5）连接的排水管（40）上设置有大测量筒排水阀（46），小测量筒（42）与沉淀池（5）连接的排水管（40）上设置有小测量筒排水阀（45），所述量筒出水口（37）为两个，其中两个量筒出水口（37）分别设置于大测量筒（41）和小测量筒（42）正上方；当渗水量小于100ml/s时，采用磁翻板远传液位计（43）配合小测量筒（42）进行测量；当渗水量小于200ml/s时，采用磁翻板远传液位计（43）配合大测量筒（41）和小测量筒（42）进行测量；当渗水量大于200ml/s时，采用电磁流量计（35）进行测量。

8.根据权利要求1所述的一种土石坝砂砾石筑坝料水平渗透特性试验方法，其特征在于：所述步骤6中水头供水加压装置（2）包括水泵组合单元（9）、压力变送器（10）、电动调节阀（11）、二次减压阀（12）、耐压无缝钢管（13）、渗透仪入水口阀门（14）和水头供水控制组件（15），所述蓄水箱（1）的输出端通过连接水管（8）连接水泵组合单元（9），水泵组合单元（9）的输出端通过耐压无缝钢管（13）连接渗透仪入水口阀门（14），渗透仪入水口阀门（14）的输出端连接多用途渗透仪（3），所述水泵组合单元（9）和渗透仪入水口阀门（14）之间的耐压无缝钢管（13）上设置有压力变送器（10），所述水泵组合单元（9）的输出端还连接电动调节阀（11），电动调节阀（11）的输出端连接二次减压阀（12），二次减压阀（12）的输出端连接蓄水箱（1）的输入端，所述水泵组合单元（9）、压力变送器（10）和电动调节阀（11）分别与水头供水控制组件（15）电连接，水头供水控制组件（15）与控制组件（6）电连接；所述步骤6中控制组件（6）包括PLC柜（6-1）、计算机（6-2）、信号电缆（6-3）和基于FLC软件开发的操作系统，其中基于FLC软件开发的操作系统安装于计算机（6-2）中，PLC柜（6-1）中设置有变频器和数显压力变送器，其中变频器和数显压力变送器分别与基于FLC软件开发的操作系统连接，所述变频器和数显压力变送器通过信号电缆（6-3）与水头供水加压装置（2）、多用途渗透仪（3）和渗水量量测装置（4）连接，控制组件（6）用于控制水头供水加压装置（2）提供试验所需的水头压力，并且采集填筑料测试断面的水头压力以及渗水量。

9.根据权利要求8所述的一种土石坝砂砾石筑坝料水平渗透特性试验方法，其特征在于：所述水泵组合单元（9）由六套单泵加压组件并联组成，分别为第一套单泵加压组件、第二套单泵加压组件、第三套单泵加压组件、第四套单泵加压组件、第五套单泵加压组件和第六套单泵加压组件，每套单泵加压组件均由进水阀门（16）、水泵（17）和止回阀（18）依次通过水压管道连接组装；所述第一套单泵加压组件由第一进水阀门（16-1）、第一水泵（17-1）和第一止回阀（18-1）依次连接组装；第二套单泵加压组件由第二进水阀门（16-2）、第二水泵（17-2）和第二止回阀（18-2）依次连接组装；第三套单泵加压组件由第三进水阀门（16-3）、第三水泵（17-3）和第三止回阀（18-3）依次连接组装；第四套单泵加压组件由第四进水阀门（16-4）、第四水泵（17-4）和第四止回阀（18-4）依次连接组装；第五套单泵加压组件由第五进水阀门（16-5）、第五水泵（17-5）和第五止回阀（18-5）依次连接组装；第六套单泵加压组件由第六进水阀门（16-6）、第六水泵（17-6）和第六止回阀（18-6）依次连接组装，所述各水泵和止回阀分别与水头供水控制组件（15）电连接，各止回阀分别与耐压无缝钢管（13）采用法兰机械连接；所述水泵组合单元（9）采取多级泵梯级配置，其中第一水泵（17-1）的水头扬程为1.5~61m，第二水泵（17-2）的水头扬程为61~101m，第三水泵（17-3）的水头扬程为101~162m，第四水泵（17-4）的水头扬程为162~203m，第五水泵（17-5）和第六水泵（17-6）的水头扬程203~350m，所述水泵组合单元（9）通过控制组件（6）的控制提供0~350m区间内连续稳定的加压水头，各水泵的额定流量为0~42m³/h，多泵联合控制最高供水流量120m³/h，水泵从启动到达到预定工作频率时长设置为3s，水泵从关闭到停止工作时长设置为15s。

10.根据权利要求1所述的一种土石坝砂砾石筑坝料水平渗透特性试验方法，其特征在于：所述步骤7中水平渗透特性试验的填筑料最大粒径设定为300mm，水头压力值设定不大于350m，多用途渗透仪（3）的设置长度不小于1m且不大于16m；根据控制组件（6）采集的数据进行渗透系数、渗透坡降和渗透流速的计算，并根据渗透坡降和渗透流速绘制lgi-lgv曲线，用于观察水平渗透试验的动态演变过程，所述渗透系数、渗透坡降和渗透流速的计算公式如下：

Q=1/4πd²△h/T

k=v/（100i）

式中：

i-渗透坡降；

ΔH-水头压力测试断面的水头差，m；

ΔL-水头压力测试断面之间的填筑料长度，m；

v-流速，m/s；

Q-渗出水流量，m³/s；

A-多用途渗透仪断面面积，m²；

d-测量筒直径，m；

△h-液面升高增量，m；

采集时长，s；

k-渗透系数，cm/s。

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