CN211477997U - 缓倾角软弱结构面灌浆后渗透变形现场试验的试样装置水仓结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种缓倾角软弱结构面灌浆后渗透变形现场试验的试样装置水仓结构，包括进水仓和出水仓，分别设置在岩石试样块的进水面侧和出水面侧，在进水仓和出水仓中填满鹅卵石，所述进水仓和出水仓分别设置进水仓内置模具和出水仓内置模具，进水仓内置模具和出水仓内置模具通过浇筑钢筋混凝土保护层与岩石试验块连接为一体并密封，进水仓设置进水管和排气管，出水仓设置出水管。本实用新型能对工程现场的具有软弱结构面的岩石试样块进行不同水压的加载，进行测定软弱结构面灌后渗透变形参数的试验测定，且制作方便、真实模拟，试验成本较低。

Description

缓倾角软弱结构面灌浆后渗透变形现场试验的试样装置水仓 结构

技术领域

本实用新型涉及缓倾角软弱结构面灌浆后渗透变形现场试验的试样装置水仓结构。

背景技术

随着水利、水电行业技术发展，现代大坝高度越来越高、水库库容越来越大，对大坝地基要求越来越高，特别是一些大型拱坝，高度高、坝体薄，库水压力主要由坝体传至拱座及地基承载，坝基需选在完整稳定基岩上，而基岩内往往发育各类地质构造，这些构造带内岩体破碎，多充填泥质、岩屑、角砾等，如在大坝地基出露，对大坝稳定性及大坝渗漏影响极大。

西南某水电站枢纽区挡水建筑为混凝土拱坝，坝基为玄武岩，为火山喷出岩，各岩流层顶部的分布有凝灰岩层，在构造作用下错动强烈，形成厚度5～30cm不等的软弱结构面，构成缓倾角的层间错动带，带内充填泥质条带，性状软弱，结构面类型为泥夹岩屑性。这些结构面从水库延续到坝基下游边坡，在坝基、拱肩槽内都有出露，为提高坝基稳定性及承载力，坝基开挖后需采用灌浆处理，如何在勘察阶段准确的提出结构面灌浆后渗透变形参数，如灌后渗透系数、灌后临界坡降、灌后破坏坡降等，是地质专业需要解决的主要问题。

现行结构面渗透变形试验方法主要为室内原状试验和现场试验。室内原状试验是取结构面内软弱物质在室内进行小尺寸试样的渗透变形试验，简单易行，但试验成果通常与现场试验出入较大；现场试验法是在现场进行试验，可以分为钻孔压水试验法和平硐原位试验法，钻孔压水试验法仅能观测到部分水流，试验成果可靠性尚不能得到完全认可，平硐原位试验法成果较为准确，试验方法复杂，投入成本较大。上述试验方法在一定程度上解决了结构面的渗透变形参数取值问题，但均无法解决大坝坝基更为关注的结构面灌浆后的参数取值问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种缓倾角软弱结构面灌浆后渗透变形现场试验的试样装置水仓结构，可实现对模拟灌浆处理的原状样进行渗透变形试验时的水压加载，以测定软弱结构面灌后渗透变形参数，供大坝设计计算使用。为此，本实用新型采用以下技术方案：

缓倾角软弱结构面灌浆后渗透变形现场试验的试样装置水仓结构，其特征在于所述水仓结构包括进水仓和出水仓，分别设置在岩石试样块的进水面侧和出水面侧，在进水仓和出水仓中填满鹅卵石，所述进水仓和出水仓分别设置进水仓内置模具和出水仓内置模具，进水仓内置模具和出水仓内置模具通过浇筑钢筋混凝土保护层与岩石试验块连接为一体并密封，进水仓设置进水管和排气管，出水仓设置出水管。

进一步地，进水仓的进水管口高度和所述岩石试样块的底部一致，排水仓的出水管口高度和所述岩石试样块的顶部一致。

进一步地，进水仓和出水仓内置模具是用木板加工制作而成的单面无侧盖长方形盒。

本实用新型能对工程现场的具有软弱结构面的岩石试样块进行不同水压的加载，进行测定软弱结构面灌后渗透变形参数的试验测定，且制作方便、真实模拟，试验成本较低。

附图说明

图1为本实用新型测压管安装示意图。

图2为原状样制备的步骤(4)完成后的结构示意图。

图3为灌浆后结构示意图。

图4为进水仓示意图。

具体实施方式

(1)试验原理

试验是利用达西(H.darcy)定律(v＝KI)，水在岩土孔隙中渗流速度与水力坡降成正比的关系，采用等水头法逐步开展渗透变形试验。(见图1)蓄水池中的水流首先通过加压系统提升至加压水泵的额定水头，在调压和稳压系统的控制下，以一个稳定的指定水压进入试样。渗透过程中，试样内部埋设的测压管、传感器等仪器及时记录进/出口水头、水温、水量等数据。一级压力试验结束后，通过调压稳压系统提升渗透压力，然后进行该级压力下的渗透变形试验。周而复始，直至试样破坏。最后，汇总试验结果并根据达西定律绘制出渗透流速与渗透坡降 (v～i)关系曲线。综合考虑v～i关系曲线和试验现象，判断试样的临界坡降和破坏坡降等渗透特性参数。

(2)取样方法

1)选定取样位置后，在拟定原状样位置四周和顶部10cm-20cm处用电动电锤向原状样外钻开至少30cm宽度的工作仓面。要求尽量保证拟定原状样位置的岩石完整性，减少对原状样的扰动。

2)人工精心修样，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，避免上部岩石渗水导致试体表面软化，同时也减小试样的人为扰动。

3)先用电钻在试体一侧沿渗径方向等距离钻直径6-8mm，深3cm的孔81，再把制作好的测压管82安装在孔内。测压管采用耐高压亚大塑料管或紫铜管，顶部包裹两层内径为2mm的钢丝网83，防止软弱夹层内有细粒带出堵塞测压管。

4)待五个面都修好后，对应进水仓的侧面和对应出水仓的侧面，仍然用塑料布包裹并用钢模板固定，其余三面绑扎好钢筋(预留一定绑扎长度)，浇筑 15cm-20cm混凝土保护层8，人工振捣密实。混凝土中按比例加入少量早强剂和微膨胀剂，在洞内养护3-5天。

5)人工精心修整试样底面，修通部分先回垫石块支撑。直到最后试样整体取出。

6)试样底面整体取出运到洞外场地，底面朝上，放置在场地中央。并立刻用塑料布遮挡住试样底面，盖上钢板。防止试样底面水分过快流失，导致试体风化，裂隙张开。

(3)原状样制备

1)凿毛试样两面洞内浇筑的混凝土，并绑扎好钢筋。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)

2)取下试样进、出水面上的塑料布和钢板，根据试样实际进、出水面大小，制作并安装好进水仓、出水仓内置模具30、40。进水仓和出水仓内置模具是用木板加工制作而成的单面无侧盖长方形盒，面积分别略大于原位试样进、出水面的面积，宽度10cm。无侧盖面朝向试样，有侧盖面向外。仓顶面预留填砂槽31。

3)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，包裹住试样及进水仓、出水仓内置模具，并用振捣棒捣实。在洞外养护5-7 天后，形成钢筋混凝土密封层8，试样翻正。

4)进水仓3、出水仓4内装满洗净的密实砂5，进水仓3、出水仓4的仓顶部安装排浆管6，并在排浆口处配备阀门7。

5)凿毛试样顶面原洞内浇筑混凝土，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3-5天后，即可对样品进行灌浆处理。

6)样品顶面自上而下开一个直径为38mm的钻孔9，孔深为穿过错动带2 而不贯穿底面，钻进遇到错动带时，应采用低转速、轻钻压钻进。完成钻孔后，清理孔内残留，保持孔内干净，安装灌浆管10，孔口用止浆环11封闭。

7)通过灌浆管10向孔9内压水，排浆管阀门7打开，进行简易压水试验，压力为0.1MPa，至排浆管出水，压水结束。

8)向钻孔9内进行纯压式灌浆。灌浆最大压力值可根据灌浆区灌浆参数进行调整，起灌压力为0.1MPa。

9)灌浆过程中，应缓慢加压，根据注入率的变化来抬升压力，待进出水仓顶部排浆管6均出现浆液，关闭阀7；或单边排浆管6出现浆液，立即关闭该阀门7，待另一边排浆管6出现浆液后也关闭阀门7；继续灌注60min，结束灌浆。

10)养护7天后。切割顶面混凝土，露出进水仓3、出水仓4，掏空砂层，装满洗净的直径大于2cm的鹅卵石12，并在进水仓3安装好进水管13，在出水仓4安装出水管14，进水仓安装排气管15。进水管13与试样1的底面等高；排气管15底与试样1的顶面等高，出口略高于试样1的顶面，并在排气口处配备阀门7；出水管14与试样1的顶面等高。

11)修补并浇筑试样，使混凝土包裹整个试验。洒水养护3-5天后，完成灌浆后原状样制备，见图3。

(5)试验过程

1)在试验开始之前，对仪器设备进行检定，确认试验设备完整、运作顺畅。

2)试样采用低水头分级饱和。

3)根据试样中细粒含量，初步判断试样渗透变形的破坏形式。当为管涌破坏形式，渗透初始坡降宜为0.02～0.03，递增值宜为0.05、0.1、0.15、0.2、0.3、 0.4、0.5、0.7、1.0、1.5、2.0，以后按1.0～2.0递增，直到试验终止。当为流土破坏形式时，渗透初始坡降可适当提高。

4)稳定标准，按步骤3)确定的渗透初始坡降及递增值，逐次升高进水仓水头。每次升高水头后，应使出水管14的出水口水流出流30min～60min，待水流稳定后，测记测压管水位并用测读渗水量3次。每次测读时间间隔视渗水量大小而定，同时测量出口仓内的水温。当连续3次测读的水位及渗水量基本稳定，即可提升到下一级水头。对非管涌土测读时间间隔可适当延长。

5)认真观察试验过程中出现的各种现象，如：出水的浑浊程度、气泡冒出、细颗粒跳动、移动或被水流带出、土体悬浮、渗流量及测压管水位的变化等，并进行详细描述记录。当出现临界坡降或破坏坡降前兆时，应及时调整坡降递增值。

6)当试样发生破坏或水头无法再继续增加时，结束试验。

7)在进行试验的同时，绘制渗流坡降与渗流速度关系曲线，必要时还需绘制渗透速度与时间关系曲线。根据曲线变化，及时调整每级水头的持续时间和水头的级差。

(6)渗透特性参数选取准则

1)临界水力坡降判断准则：当现场绘制的水力坡降-渗流速度(i-v)关系曲线首次出现拐点时或试验现象出现异常情况时(冒浑水、细颗粒析出、上下水位波动异常等)，此时坡降即定为临界坡降。

2)破坏水力坡降判断准则：当试样完全破坏(内部通道或外包混凝土破裂)，渗透压力无法加载时，取最高点坡降值。

3)渗透系数判断准则：遵循达西(H.darcy)定律v＝KI，根据水力坡降-渗流速度(i-v)关系曲线，取渗透坡降达到临界值之前的直线段斜率为渗透系数。

上述说明并非对本实用新型的限制，本实用新型也不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本实用新型的范围内，做出的变化、添加或替换，都应属于本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.缓倾角软弱结构面灌浆后渗透变形现场试验的试样装置水仓结构，其特征在于所述水仓结构包括进水仓和出水仓，分别设置在岩石试样块的进水面侧和出水面侧，在进水仓和出水仓中填满鹅卵石，所述进水仓和出水仓分别设置进水仓内置模具和出水仓内置模具，进水仓内置模具和出水仓内置模具通过浇筑钢筋混凝土保护层与岩石试验块连接为一体并密封，进水仓设置进水管和排气管，出水仓设置出水管。

2.如权利要求1所述的缓倾角软弱结构面灌浆后渗透变形现场试验的试样装置水仓结构，其特征在于进水仓的进水管口高度和所述岩石试样块的底部一致，排水仓的出水管口高度和所述岩石试样块的顶部一致。

3.如权利要求1所述的缓倾角软弱结构面灌浆后渗透变形现场试验的试样装置水仓结构，其特征在于进水仓和出水仓内置模具是用木板加工制作而成的单面无侧盖长方形盒。

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