大型高壓圓筒滲透的仿真裝置及方法
2023-07-03 10:50:31 1
專利名稱：大型高壓圓筒滲透的仿真裝置及方法
技術領域：
本發明涉及水工建築物擋水結構中構造自反濾式防滲系統，特別涉及該防滲系統的大型高壓圓筒滲透的仿真裝置及其仿真方法。
背景技術：
申請人:研發了一種適用於水工建築物擋水結構中的自反濾式防滲系統，設置在擋水結構前的基巖或覆蓋層上，由下至上依次包括墊層、濾層和粉粒料 層，其中墊層從下至上由堆石墊層和細砂墊層組成，濾層由無紡布製成，粉粒料層由滲透係數小於10_4cm/s的無粘性材料組成，該系統鋪設在水工建築物擋水結構如混凝土壩踵至壩前I. 5至2. O倍壩高處的範圍內。但是，該防滲系統有效性還需要相應的仿真裝置及方法進行驗證。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種驗證水工建築物擋水結構自反濾式防滲系統可靠性的大型高壓圓筒滲透的仿真裝置。解決上述問題的技術方案是這種大型高壓圓筒滲透的仿真裝置，包括從上到下的第一段、第二段、第三段、第四段圓筒，第一段圓筒上方罩有密封蓋，相鄰圓筒之間及第一段圓筒和密封蓋之間均通過螺釘連接，圓筒內從下到上依次放置帶縫混凝土結構層、砂礫料墊層、無紡布層、粉煤灰層、保護層，電機驅動的柱塞泵的一端通過液壓溢流閥連接到密封蓋上的注水口，柱塞泵的另一端通過進水管與儲水箱相連，排水管的兩端分別連接砂礫料墊層和儲水箱，在液壓溢流閥上、密封蓋上、粉煤灰層的上部、粉煤灰層的下部、帶縫混凝土結構層的縫上分別設有第一、第二、第三、第四、第五測壓表。由於該仿真裝置的圓筒內從下到上依次放置帶縫混凝土結構層、砂礫料墊層、無紡布層、粉煤灰層、保護層，並在各個位置設置測壓表，所以這種裝置能夠真實模擬水工建築物擋水結構前自反濾式防滲系統的工作狀態，可以驗證其防滲效果的可靠性。同時，該發明還提供了大型高壓圓筒滲透的仿真方法，包括以下步驟⑴原材料的性能測試和初選，原材料包括砂礫料、無紡布、粉煤灰；⑵仿真裝置的安裝與調試；⑶澆築混凝土，並預設用於模擬基巖裂縫的裂縫，形成帶縫結構；⑷在帶縫結構上面鋪設砂礫料墊層，再鋪設已浸水排氣的無紡布，並用黃土做成的泥土封閉無紡布與圓筒內壁的接觸部位；(5)分層溼填粉煤灰；(6)封蓋、排氣、飽和試樣封蓋後打開排氣閥，從上往下加水，同時用真空泵將飽和試樣抽真空；(7)加壓待試樣飽和後開始加壓，打開排氣閥，待有水流出後關閉，最大壓力加至
3.OMPa,並測試第一至第五測壓表的水壓力和滲漏量。採用這種方法，可以驗證以上裝置防滲效果的可靠性。
圖I是根據本發明的大型高壓圓筒滲透的仿真裝置的結構示意圖。
具體實施例方式如圖I所示，這種大型高壓圓筒滲透的仿真裝置，其包括從上到下的第一段、第二段、第三段、第四段圓筒，第一段圓筒上方罩有密封蓋10，相鄰圓筒之間及第一段圓筒和密封蓋之間均通過螺釘連接，圓筒內從下到上依次放置帶縫結構如帶裂縫的混凝土層I、砂礫料墊層2、無紡布層3、粉煤灰層4、保護層5，電機6驅動的柱塞泵7的一端通過液壓溢流閥8連接到密封蓋上的注水口 9，柱塞泵的另一端通過進水管11與儲水箱12相連，排水管13的兩端分別連接砂礫料墊層2和儲水箱12，在液壓溢流閥8上、密封蓋10上、粉煤灰層4的上部、粉煤灰層4的下部、帶縫混凝土結構層I的縫上分別設有第一、第二、第三、第四、第五測壓表 14、15、16、17、18。 由於該仿真裝置的圓筒內從下到上依次放置帶縫結構、砂礫料墊層、無紡布層、粉煤灰層、保護層，並在各個位置設置測壓表，所以這種裝置能夠真實模擬自反濾式防滲系統的工作狀態，以便驗證其防滲效果的可靠性。優選地，所述每段圓筒是厚度10mm、內徑500mm的鋼筒。優選地，電機還配有變頻器19。優選地，相鄰圓筒之間設有橡膠墊。優選地，密封蓋上設有排氣閥20。還提供了大型高壓圓筒滲透的仿真方法，包括以下步驟⑴原材料的性能測試和初選，原材料包括砂礫料、無紡布、粉煤灰；⑵仿真裝置的安裝與調試；⑶澆築混凝土，並預設用於模擬基巖裂縫的裂縫，形成帶縫結構；⑷在帶縫結構上面鋪設砂礫料墊層，再鋪設已浸水排氣的無紡布，並用黃土做成的泥土封閉無紡布與圓筒內壁的接觸部位；(5)分層溼填粉煤灰；(6)封蓋、排氣、飽和試樣封蓋後打開排氣閥，從上往下加水，同時用真空泵將飽和試樣抽真空；(7)加壓待試樣飽和後開始加壓，打開排氣閥，待有水流出後關閉，最大壓力，可加至3. OMPa,並測試第一至第五測壓表的水壓力和滲漏量。採用這種方法，可以驗證以上裝置的防滲效果好壞。優選地，步驟(3)中的裂縫寬可至2cm，縫長可至35cm。優選地，步驟(4)中的無紡布被剪成圓形，直徑為500mm。優選地，步驟(5)中根據每層溼填粉煤灰的體積，稱出所需粉煤灰的重量，然後將粉煤灰用擊實錘擊實。下面給出一個優選的實施例該裝置採用40mm厚、內徑500mm的鋼筒製成，圓筒由A、B、C、D四段組成，圓筒與圓筒之間採用16根Φ24_的螺栓固定，中間設有橡膠墊，筒壁布置有水壓力測點，外連測壓表，工作壓力可達3. OMPa (試驗過程中瞬間壓力曾達到3.5MPa)。高壓水採用柱塞泵供應，電機配有變頻器，與液壓溢流閥聯合控制水壓。泵額定壓力為4. OMPa0仿真方法的步驟如下⑴原材料性能測試和初選，包括防滲材料(粉煤灰)和濾層材料(無紡布)。⑵試驗設備研製、安裝與調試。⑶澆築混凝土，並預設裂縫(裂縫平均寬15mm，縫最寬處達20mm，最窄處12mm，縫長35cm)，用於模擬基巖裂縫。⑷在混凝土面上鋪設墊層，再鋪設已浸水排氣的無紡布，無紡布被剪成圓形，直徑 約500mm,並用黃土做成的泥土封閉無紡布與圓筒內壁的接觸部位。(5)分層溼填粉煤灰。根據粉煤灰最大幹密度與最優含水量之間的關係，分層溼填粉煤灰(試驗過程中每次填築2. 5cm)。每層粉煤灰溼填的具體方法如下根據每層溼填粉煤灰的體積，稱出所需粉煤灰的重量(以90%最大幹密度控制)，然後將粉煤灰用擊實錘擊實。(6)封蓋、排氣、飽和試樣。封蓋後打開設在高壓圓筒滲透儀頂部的排氣閥，從上往下加水，同時用真空泵抽真空飽和試樣。(7)加壓。待試樣飽和後開始加壓，打開測壓表連接管上設置的排氣閥，待有水流出後關閉，最大壓力加至3. OMPa，並測試各測壓表水壓力和滲漏量。以上所述，僅是本發明的較佳實施例，並非對本發明作任何形式上的限制，凡是依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬本發明技術方案的保護範圍。
權利要求
1.大型高壓圓筒滲透的仿真裝置，其特徵在於包括從上到下的第一段、第二段、第三段、第四段圓筒，第一段圓筒上方罩有密封蓋(10)，相鄰圓筒之間及第一段圓筒和密封蓋之間均通過螺釘連接，圓筒內從下到上依次放置帶縫結構混凝土層(I)、砂礫料墊層(2)、無紡布層(3)、粉煤灰層(4)、保護層(5)，電機(6)驅動的柱塞泵(7)的一端通過液壓溢流閥(8)連接到密封蓋上的注水口(9)，柱塞泵的另一端通過進水管(11)與儲水箱(12)相連，排水管(13)的兩端分別連接砂礫料墊層(2)、儲水箱(12)，在液壓溢流閥(8)上、密封蓋(10)上、粉煤灰層(4)的上部、粉煤灰層的下部、帶縫混凝土結構層(I)的縫上分別設有第一、第二、第三、第四、第五測壓表(14、15、16、17、18)。
2.根據權利要求I所述的大型高壓圓筒滲透的仿真裝置，其特徵在於所述每段圓筒是厚度10mm、內徑500mm的鋼筒。
3.根據權利要求I或2所述的大型高壓圓筒滲透的仿真裝置，其特徵在於電機還配有變頻器(19)。
4.根據權利要求I所述的大型高壓圓筒滲透的仿真裝置，其特徵在於相鄰圓筒之間設有橡膠墊。
5.根據權利要求I所述的大型高壓圓筒滲透的仿真裝置，其特徵在於密封蓋上設有排氣閥(20)。
6.大型高壓圓筒滲透的仿真方法，其特徵在於包括以下步驟 (I)原材料的性能測試和初選，原材料包括砂礫料、無紡布、粉煤灰； ⑵仿真裝置的安裝與調試； ⑶澆築混凝土，並預設用於模擬基巖裂縫的裂縫，形成帶縫結構； ⑷在帶縫結構上面鋪設砂礫料墊層，再鋪設已浸水排氣的無紡布，並用黃土做成的泥土封閉無紡布與圓筒內壁的接觸部位； (5)分層溼填粉煤灰； (6)封蓋、排氣、飽和試樣封蓋後打開排氣閥,從上往下加水，同時用真空泵將飽和試樣抽真空； (7)加壓待試樣飽和後開始加壓，打開排氣閥，待有水流出後關閉，最大壓力加至3.OMPa,並測試第一至第五測壓表的水壓力和滲漏量。
7.根據權利要求6所述的大型高壓圓筒滲透的仿真方法，其特徵在於步驟(3)中的裂縫寬可至2cm,長可至35cm。
8.根據權利要求7所述的大型高壓圓筒滲透的仿真方法，其特徵在於步驟(4)中的無紡布被剪成圓形，直徑為500mm。
9.根據權利要求8所述的大型高壓圓筒滲透的仿真方法，其特徵在於步驟(5)中根據每層溼填粉煤灰的體積，稱出所需粉煤灰的重量，然後將粉煤灰用擊實錘擊實。
全文摘要
公開了一種驗證水工建築物擋水結構中自反濾式防滲系統可靠性的大型高壓圓筒滲透的仿真裝置，和利用該裝置進行仿真的方法。仿真裝置包括從上到下的第一段、第二段、第三段、第四段圓筒，第一段圓筒上方罩有密封蓋，相鄰圓筒之間及第一段圓筒和密封蓋之間均通過螺釘連接並設有橡膠墊。圓筒內從下到上依次放置帶縫混凝土結構層、砂礫料墊層、無紡布層、粉煤灰層、保護層，電機驅動的柱塞泵的一端通過液壓溢流閥連接到密封蓋上的注水口，另一端通過進水管與儲水箱相連，排水管的兩端分別連接砂礫料墊層和儲水箱，在液壓溢流閥上、密封蓋上、粉煤灰層的上部、粉煤灰層的下部、帶縫混凝土結構層的裂縫上分別設有第一、第二、第三、第四、第五測壓表。
文檔編號E02B1/02GK102839628SQ20121032762
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月6日 優先權日2012年9月6日
發明者李新宇, 徐耀, 趙春, 其他發明人請求不公開姓名 申請人:中國水利水電科學研究院