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某水电站料场砾石土渗透试验研究

2015-11-12 11:24:09来源:论文网浏览: 评论:0

  砾石土经碾压后一般可获得较高的密度及强度、较低的压缩性,已在土石坝工程中被广泛地用作防渗材料。据统计,在100m以上高土石坝中有70%的坝采用该种土料为心墙防渗料。在建和已建成的100m以上高土石坝中, 所占比例更高。由于这种土料颗粒级配范围宽广,且多具有不均匀、不稳定、不连续的特点,其工程性质的研究,尤其是其渗透特性的研究一直是土石坝工程的一项重要研究内容。

  水在土体孔隙中的流动,由于土体孔隙的断面大小和形状十分不规则,因而是非常复杂的现象。即使是单纯的砂土,也不可能求出流速分布的规律或者孔隙中真实流速的大小。因此,研究土的透水性,只能用平均的概念,用单位时间内通过土体单位面积的水量这种平均渗透速度来代替真实速度。渗透系数大都是通过室内试验来获取的,室内测试方法是当今研究渗透系数的主要方法,但其影响因素很多,如土的试验颗粒级配、比重、液塑限、塑性指数、最大干密度、最优含水率以及仪器性能、操作方法。

  1 工程概况

  某水电站砾石土心墙堆石坝坝顶长576.68m,最大坝高139.8m,坝址控制流域面积9.39万平方千米,多年平均流量960立方米/秒。水库正常蓄水位1408.00m,相应库容6.6亿立方米,建设规模为4*325MW机组,总装机容量140万千瓦,保证出力346.9MW,多年平均发电量64.68kW.h。

  某水电站工程属一等工程,永久性主要水工建筑物为I级建筑物。枢纽建筑物主要由砾石土心墙堆石坝、左岸溢洪道、冲沙兼放空洞、引水系统、地面厂房及灌溉取水口等组成。

  2 试验仪器、方法

  此次渗透试验采用垂直渗透变形仪,试验筒尺寸:H=500mm,Φ500mm,仪器允许最大试验粒径为60mm。试样均匀分3层,用击实锤振捣密实达到要求的高度,每层级配相同。采用常水头渗透的试验方法,采用低水头饱和法,饱和时间均不低于24h。加第一级水头时,初始坡降可为0.02~0.03;然后一般按0.05、0.1、0.15、0.2、0.3、0.4、0.5、0.7、1.0、1.5、2.0…等坡降递增。在接近临界坡降时,渗透坡降递增值应酌量减小。如果各级连续3次测得的水位及渗水量基本稳定,又无异常现象,即可提升至下一级水头。当水头不再继续增加或试样破坏时,试验即可结束。本次试验依据达西渗流定理V=KJ来计算砾石土料的渗透系数。

  3 试验成果

  试验材料选自某水电站工程料场的天然砾石土,试样编号为SJ9、SJ12、SJ18、SJ19、SJ26、SJ39。渗透系数与土的颗粒级配、比重、液塑限、塑性指数、最大干密度、最优含水率有着极密切的关系,故在渗透试验前分别进行了颗分试验、比重试验、界限含水率试验和击实试验。

  根据天然颗粒级配可知,试验材料的最大粒径超过60mm,因垂直渗透变形仪允许的最大试验粒径为60mm,故本次试验对6组材料:SJ9、SJ12、SJ18、SJ19、SJ26、SJ39的试验级配用等量替代法进行计算,将超粒径部分等量替代到5~60mm的各粒径组中,同时保持试验粒径小于5mm的含量不变。缩尺后SJ9、SJ12、SJ18、SJ19、SJ26、SJ39的级配。

  4 试验结果分析

  ①土样颗粒大小对试样渗透稳定性的影响。根据文献:适量的粗粒料一般不影响其渗透性能,但当掺入的砾石含量超过一定数量后,土体的渗透性能发生明显变化。其原因是:当粘土中掺入适量粗料(砾石),它们在土中全部被细料所包裹,加上砾石本身是不透水的,从而减小了土体的渗透面积,并延长了部分渗透途径,此时渗透系数不但不增大,甚至还有少许的减小,但当粗料含量增加到30%-40%以上,粗颗粒开始有局部接触,并开始起骨架作用,随着粗料含量的增大,渗透系数开始增大,土体的渗透性能发生变化。SJ39粗料含量最大,含砾量高达45%,故其渗透系数最大(5.65×10-6cm/s)。但当粗料含量小于30-40%时,粗料颗粒只起填充作用,对渗透性能的影响甚小,这时粗粒土的渗透性能主要决定于细料木身性质,SJ19的细粒含量最大,为66%,故其渗透系数最小(2.24×10- 7cm/s)。②砾石土防渗材料。通过对近40年来,世界高度在100m以上用砾石土作为防渗体70多座的高土石坝(95%以上的高坝都在正常运行)砾石土进行分析,结果表明,工程中只要小于5mm粒径含量大于35%,小于0.1mm的粒径含量不大于18%,就可初步判定土的内部结构是稳定的。

  5 结论

  本次室内试验的6组砾石土样,除SJ39塑性指数较规范值偏高之外,其余粘粒含量、含砾量、细粒含量、塑性指数、渗透系数k20(cm/s)均符合规范要求,渗透稳定性较好可作为大坝防渗体料。

 

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