水庫砂礫石壩料高壓滲透變形試驗方法
2023-05-01 05:47:11 1
專利名稱：水庫砂礫石壩料高壓滲透變形試驗方法
技術領域：
本發明涉及一種試驗方法，具體地說是涉及一種水庫砂礫石壩料高壓滲透 變形試驗方法。
背景技術：
目前對水庫混凝土面板砂礫石壩的壩料，需對壩料進行是否適宜作水庫壩 料的各項性能試驗。通常對壩料的滲透試驗是在工地進行，用水泵將水打到設 置在山腰或山頂的高位水箱內，用水管連接閘閥再通入到滲透儀，因為只有高 位水箱達到一定高度，接入滲透儀的水才能達到試驗壓力要求，而水箱架設往 往受到場地、環境、費用等限制，難以達到理想高度，所以試驗壓力受限，因 而根本無法順利進行高壩壩料的滲透試驗。此種試驗方法除壓力受限外，最大 的缺陷是壓力靠手動調節閘閥控制，滲透儀內水壓隨滲透水流變化鎮壓力波動 很大，水壓極不穩定，試驗成果可信度大大降低；
發明內容
本發明要解決的技術問題是針對現有技術中存在的不足，提供一種可在試 驗室對水庫砂礫石壩料進行高壓滲透試驗的水庫砂礫石壩料高壓滲透變形試驗 方法。
本發明一種水庫砂礫石壩料高壓滲透變形試驗方法通過下述技術方案予以 實現本發明一種水庫砂礫石壩料高壓滲透變形試驗方法包括高壓滲透儀、滲 透儀給水閘閥、衡壓罐、調壓排氣閥、供水控制閘閥、氣壓閘閥、壓縮空氣調 節閥、壓縮氣罐、水泵、開口水箱、壓力管、調壓排氣管、氣囊上蓋板、氣囊、氣囊底板、密封墊、壓力水室蓋板、氣囊連杆、活動鉸鏈、活動連杆、固定鉸 鏈、出水管、閘閥連杆、進水管、供水控制閥活塞、壓力水室、壓力調節室、 壓力水室排氣管、壓力水室排氣閥、滲透儀壓力表、滲透儀排氣閥、滲透儀進 水閥和滲透儀排水閥，所述的試驗方法包括如下步聚
1) 儲氣啟動空壓機，打開壓縮空氣調節閥將壓縮空氣輸入壓縮氣罐；
2) 給水準備啟動水泵，打開滲透儀給水閘閥，此時供水控制閘閥處於關 閉狀態，等待開啟供水；
3) 給水旋動氣壓閘閥給壓力調節室內氣囊一定的符合試驗壩料的壓力，
供水控制閥活塞同時自動打開，提供相應壓力的滲透水流；
所述的衡壓罐的壓力水室的容積145 1501，壓力調節室容積5 101，壓縮 氣罐容積80 150 1，衡壓罐工作壓力為0 1.0Mpa，壓力調節容積變量為3.8 1; 所述的供水控制閘閥調節流量0 1.66 1/s。
本發明一種水庫砂礫石壩料高壓滲透變形試驗方法與現有技術相比較有如 下有益效果本發明通過對壩料的滲流特徵試驗，可得出各壩料的抗滲穩定性 能，從而可選擇和設計出滿足設計規範對壩料上遊擋水、下遊排水減壓等各項 要求的適宜的壩料級配；層間關係試驗可得出各料去層間滲流過渡特性能否滿 足滲流保護要求。本發明滲透儀直徑800mm，壓力達100m水頭，在0 100m 範圍內給定任意壓力後，滲流量變化引起的壓力波動小於2.7%。本發明採用由 上向下加壓滲流出口有保護(D100m等徑礫石)、由下向上施加滲流出口無保護 和由下向上施加滲流和出口有保護(D100m等徑礫石)三種狀態試驗對照，由 下向上施加滲流出口有、無保護滲流特性無明顯差別，J,二1.9 5.2;由上向下 施加滲流試驗實施了黑泉水庫、溝後水庫、積石峽電站等數座水庫近百組壩料， 施加比降(墊層料)J=119 315，除黃河積石峽電站水庫壩料J二140發生破壞外其餘均未發生破壞；本發明還進行了墊層料長時間高比降滲透穩定試驗，連 續施加高比降134 510分鐘，比降達500 600，試驗中J、 K均無明顯變化； 同時進行了大型高壓滲透試驗水平水流與由上向下垂直加壓高壓滲透試驗對 照，水平試驗最大比降接近100，兩種試驗狀態滲流特性相近，垂直加壓高壓滲 透試驗試樣可代表實際工況；由上向下施加滲流滲透變形試驗J、 K關係式 1og^alo沐+b;本發明大型高壓滲透儀能承受100米以上的高壓水頭，供水系 統壓力穩定，壓力波動《2.7%。經本發明方法試驗檢測的壩料可廣泛應用於水 庫壩體建築。
本發明一種砂礫石水庫壩料滲透變形試驗方法有如下附圖
圖1為本發明水庫砂礫石壩料高壓滲透變形試驗方法大型高壓滲透儀設備
流程結構示意圖2為本發明水庫砂礫石壩料高壓滲透變形試驗方法衡壓罐結構示意圖； 圖3為本發明水庫砂礫石壩料高壓滲透變形試驗方法大型高壓滲透儀結構 示意圖。
其中1、高壓滲透儀；2、滲透儀給水閘閥；3、衡壓罐；4、調壓排氣閥； 5、供水控制閘閥；6、氣壓閘閥；7、壓縮空氣調節閥；8、氣壓罐；9、水泵； 10、開口水箱；11、壓力管；12、排氣管；13、氣囊上蓋板；14、氣囊；15、 氣囊底板；16、密封墊；17、壓力水室蓋板；18、氣囊連杆；19、活動鉸鏈； 20、活動連杆；21、固定鉸鏈；22、出水管；23、閘閥連杆；24、進水管；25、 閘閥活塞；26、壓力水室；27、壓力調節室；28、壓力水室排氣管；29、壓力 水室排氣閥；30、滲透儀壓力表；31、滲透儀排氣閥；32、滲透儀進水閥；33、 滲透儀排水閥。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發明水庫砂礫石壩料高壓滲透變形試驗方法技 術方案作進一步描述。
如圖1 —圖3所示，本發明一種水庫砂礫石壩料高壓滲透變形試驗方法包括 高壓滲透儀l、滲透儀給水閘閥2、衡壓罐3調壓排氣閥4、供水控制閘闊5、 氣壓閘閥6、壓縮空氣調節閥7、壓縮氣罐8、水泵9、開口水箱IO、壓力管ll、 調壓排氣管12、氣囊上蓋板13、氣囊14、氣囊底板15、密封墊16、壓力水室 蓋板17、氣囊連杆18、活動鉸鏈19、活動連杆20、固定鉸鏈21、出水管22、 閘閥連杆23、進水管24、供水控制閥活塞25、壓力水室26、壓力調節室27、 壓力水室排氣管28、壓力水室排氣閥29、滲透儀壓力表30、滲透儀排氣閥31、 滲透儀進水閥32和滲透儀排水閥33，所述的試驗方法包括如下步聚
1 )儲氣啟動空壓機，打開壓縮空氣調節閥7將壓縮空氣輸入壓縮氣罐8;
2) 給水準備啟動水泵9，打開滲透儀給水間閥2，此時供水控制閘閥5 處於關閉狀態，等待開啟供水；
3) 給水旋動氣壓閘閥6給壓力調節室27內氣囊14 一定的符合試驗壩料 的壓力，供水控制閥活塞25同時自動打開，提供相應壓力的滲透水流；
所述的衡壓罐3的壓力水室26的容積145 1501，壓力調節室27容積5 101，壓縮氣罐8容積80 1501，衡壓罐3工作壓力為0 1.0Mpa，壓力調節容 積變量為3.8 1;所述的供水控制閘閥5調節流量0 1.66 1/s。
所述的衡壓罐包括壓力管11、調壓排氣管12、氣囊上蓋板13、氣囊14、 氣囊底板15、密封墊16、壓力水室蓋板17、氣囊連杆18、活動鉸鏈19、供水 控制閘閥5、活動連杆20、固定鉸鏈21、出水管22、閘閥連杆23、進水管24、閘閥活塞25、壓力水室26、壓力調節室27、壓力水室排氣管28和壓力水室排 氣閥29，所述的氣囊14設置在衡壓罐3上部瓶頸處壓力調節室27內的氣囊底 板15的上平面，氣囊14的上端面固定連接氣囊上蓋板13;氣囊連杆18上端部 固定連接在氣囊上蓋板13的中心，氣囊連杆18穿過氣囊底板15的中心，氣囊 連杆18下端部與設置在壓力水室26內的活動鉸鏈19連接；活動連杆20 —端 與活動鉸鏈19鉸鏈連接，另一端與安裝於罐體上的閘閥5末端的固定鉸鏈21 鉸鏈連接；閘闊連杆23 —端與固定鉸鏈21連接，另一端與閘閥活塞25連接。
所述的衡壓罐壓力管11與壓縮氣罐輸出端連接，進水管24設置在衡壓罐3 中部一側，供水控制閘閥5設置在衡壓罐3內側壁進水管24處，供水控制閘閥 5輸入端與進水管24連接；所述的出水管22設置在衡壓罐3中下部與進水管 24相對側。
實施例1。
1、 選取厚度為10 12mm的優質鋼板焊接製成本發明大型高壓滲透儀l， 本發明大型高壓滲透儀1為滿足墊層料、過濾料、主堆料等層間過渡試驗，滲 透儀試驗筒設置高度為1200 mm，滲透儀總高度2400 mm，滲透儀試驗筒直徑 800 mm;為滿足百米水頭壓力試驗，滲透儀最大工作壓力l.OMpa;試樣即試驗 壩料最大粒徑為200mm;滲透儀共設置滲透儀壓力表30、滲透儀排氣閥31、滲 透儀進水閥32、滲透儀排水閥33和8隻壓力表30，如圖3所示；
2、 加壓設備由於試驗最大水頭為100m，自來水直接加壓滿足不了壓力 要求，同時試驗也不宜設置高程較高的水箱加壓，本發明採用多級水泵9供水 加壓，水泵9額定揚程100 m，流量1.661/s;
3、 試驗用水排氣根據壩料滲透特性，粗粒無粘性土滲透係數大，試驗用 水量大，所以採用曝氣的方法排除自來水中氣體。本發明設計了 1.2 X 1.2 X 1.2 m3的開口水箱IO，水泵9自水箱10底部取水，若按試驗滲流Q二100ml/s計算， 可連續供水240min，若流量Q較大，可邊向水箱10供水邊試驗的方法，既滿 足試驗用水，又可最大限度曝氣，減少試驗誤差； 4、衡壓罐
常規試驗設備，施加壓力較小，可採用水箱溢流堰穩定水頭，若水頭稍高， 靠自來水或水泵加壓，壓力主要依靠手動閥門開合度進行調節，調節時必然會 使壓力突變，影響試樣內部結構，也極易受供水管路壓力和滲流量變化的影響， 使試驗壓力很難保質相對穩定，既影響測試精度，又不符合庫水位相對穩定的 實際運行狀態。
本發明設計了調節流量大，又能保證壓力相對穩定的衡壓罐3，所述的衡壓 罐3包括壓力管11、調壓排氣管12、氣囊上蓋板B、氣囊14、氣囊底板15、 密封墊16、壓力水室蓋板17、氣囊連杆18、活動鉸鏈19、供水控制閘閥5、活 動連杆20、固定鉸鏈21、出水管22、閘閥連杆23、進水管24、閘閥活塞25、 壓力水室26、壓力調節室27、壓力水室排氣管28和壓力水室排氣閥29，所述 的壓力水室26和壓力調節室27採用厚度為8mm優質鋼板焊接製成；所述的氣 囊14設置在衡壓罐3上部瓶頸處壓力調節室27內的氣囊底板15的上平面，氣 囊14的上端面固定連接氣囊上蓋板13;氣囊連杆18上端部固定連接在氣囊上 蓋板13的中心，氣囊連杆18穿過氣囊底板15的中心，氣囊連杆18下端部與 設置在壓力水室26內的活動鉸鏈19連接；活動連杆20 —端與活動鉸鏈19鉸 鏈連接，另一端與安裝於罐體上的閘閥末端的固定鉸鏈21鉸鏈連接；閘閥連杆 23 —端與固定鉸鏈21連接，另一端與閘閥活塞25連接。
閘閥連杆23—端與固定鉸鏈21連接，另一端與閘閥活塞25固定連接；將 供水控制閘閥5固定于衡壓罐3內壁中部進水管24處；在氣囊底板15和壓力水室蓋板17之間加密封墊16，採用螺栓將氣囊底板15和壓力水室蓋板17固定 連接。如圖2所示。
所述的衡壓罐3的壓力水室26的容積145 1501，壓力調節室容積5 10 1， 壓氣罐8容積1201，衡壓罐3工作壓力為0 1.0Mpa，壓力調節容積變量為3.8 1;所述的供水控制閥5調節流量0 1.66 1/s。
將高壓滲透儀衡壓罐出水管22用水管與滲透儀1頂部滲透儀進水閥32連 接，進水管24用水管與水泵9出水管連接，水泵9進水管與開口水箱IO底部 取水管連接；將衡壓罐3壓力管11通過閘閥與氣壓罐8輸出管連接，調壓排氣 管12與調壓排氣閥4連接；氣壓罐8輸入管通過壓縮空氣調節閥7與壓縮空氣 管道連接。
使用時，首先啟動水泵，此時供水控制閘閥5處於關閉狀態，壓力水室壓 力為零，然後將壓縮氣管充滿壓縮空氣，打開氣壓罐8與衡壓罐3之間的氣壓 閘閥6，調整好氣壓值，供水控制閥5同時會自動開啟，便可向滲透儀1輸送0 100m水頭壓力範圍內適合作各種壩料試驗的可調壓力要求的滲透試驗水流。當 提高壓力調節室27壓力時，壓力調節室27體積增大，供水控制閘閥5開度增 大，壓力水壓升高，兩者平穩；當滲流增大，壓力水室26水壓下降，氣壓調節 室27體積變化供水控制閘閥5開度減小，水壓降低，保持壓力平衡，從而保持 水流量平衡，滲透儀1內的水壓相應平衡，保證壩料的試驗數據準確。如圖1 所示。
權利要求
1、一種水庫砂礫石壩料高壓滲透變形試驗方法，包括高壓滲透儀(1)、滲透儀給水閘閥(2)、衡壓罐(3)、調壓排氣閥(4)、供水控制閘閥(5)、氣壓閘閥(6)、壓縮空氣調節閥(7)、壓縮氣罐(8)、水泵(9)、開口水箱(10)、壓力管(11)、調壓排氣管(12)、氣囊上蓋板(13)、氣囊(14)、氣囊底板(15)、密封墊(16)、壓力水室蓋板(17)、氣囊連杆(18)、活動鉸鏈(19)、活動連杆(20)、固定鉸鏈(21)、出水管(22)、閘閥連杆(23)、進水管(24)、供水控制閥活塞(25)、壓力水室(26)、壓力調節室(27)、壓力水室排氣管(28)、壓力水室排氣閥(29)、滲透儀壓力表(30)、滲透儀排氣閥(31)、滲透儀進水閥(32)和滲透儀排水閥(33)，其特徵在於所述的試驗方法包括如下步聚1)儲氣啟動空壓機，打開壓縮空氣調節閥(7)將壓縮空氣輸入壓縮氣罐(8)；2)給水準備啟動水泵(9)，打開滲透儀給水閘閥(2)，此時供水控制閘閥(5)處於關閉狀態，等待開啟供水；3)給水旋動氣壓閘閥(6)給壓力調節室(27)內氣囊(14)一定的符合試驗壩料的壓力，供水控制閥活塞(25)同時自動打開，提供相應壓力的滲透水流；所述的衡壓罐(3)的壓力水室(26)的容積145～150l，壓力調節室(27)容積5～10l，壓縮氣罐(8)容積80～150l，衡壓罐(3)工作壓力為0～1.0Mpa，壓力調節容積變量為3.8l；所述的供水控制閘閥(5)調節流量0～1.66l/s。
2、根據權利要求1所述的水庫砂礫石壩料高壓滲透變形試驗方法，其特徵 在於所述的衡壓罐包括壓力管(11)、調壓排氣管(12)、氣囊上蓋板(13)、 氣囊(14)、氣囊底板(15)、密封墊(16)、壓力水室蓋板(17)、氣囊連杆(18)、活動鉸鏈(19)、供水控制閘閥(5)、活動連杆(20)、固定鉸鏈(21)、出水管 (22)、閘閥連杆(23)、進水管(24)、閘閥活塞(25)、壓力水室(26)、壓力 調節室(27)、壓力水室排氣管(28)和壓力水室排氣閥(29)，其特徵在於 所述的氣囊(14)設置在衡壓罐(3)上部瓶頸處壓力調節室(27)內的氣囊底 板(15)的上甲面，氣囊(14)的上端面固定連接氣囊上蓋板(13);氣囊連杆 (18)上端部固定連接在氣囊上蓋板(13)的中心，氣囊連杆(18)穿過氣囊 底板(15)的中心，氣囊連杆(18)下端部與設置在壓力水室(26)內的活動 鉸鏈(19)連接；活動連杆(20) —端與活動鉸鏈(19)鉸鏈連接，另一端與 安裝於罐體上的閘閥(5)末端的固定鉸鏈(21)鉸鏈連接；閘閥連杆(23) — 端與固定鉸鏈(21)連接，另一端與閘閥活塞(25)連接。
3、根據權利要求1所述的水庫砂礫石壩料高壓滲透變形試驗方法，其特徵 在於所述的衡壓罐壓力管(11)與壓縮氣罐輸出端連接，進水管(24)設置 在衡壓罐(3)中部一側，供水控制閘閥(5)設置在衡壓罐(3)內側壁進水管 (24)處，供水控制閘閥(5)輸入端與進水管(24)連接；所述的出水管(22) 設置在衡壓罐(3)中下部與進水管(24)相對側。
全文摘要
本發明涉及一種試驗方法，具體地說是涉及一種水庫砂礫石壩料高壓滲透變形試驗方法。本發明一種砂礫石水庫壩料滲透變形試驗方法包括如下步聚1)儲氣 啟動空壓機，打開壓縮空氣閘閥將壓縮空氣輸入壓縮氣罐；2)給水準備啟動水泵，打開滲透儀給水閘閥，此時供水控制閥處於關閉狀態，等待開啟供水；3)給水 旋動壓縮空氣調節閥給壓力調節室內氣囊一定的符合試驗壩料的壓力，供水控制閥活塞同時自動打開，提供相應壓力的滲透水流。本發明大型高壓滲透儀能承受100米以上的高壓水頭，供水系統壓力穩定，壓力波動≤2.7％。經本發明方法試驗檢測的壩料可廣泛應用於水庫壩體建築。
文檔編號G01N33/24GK101526517SQ20091005885
公開日2009年9月9日 申請日期2009年4月1日 優先權日2009年4月1日
發明者曹雪委, 黃海玲 申請人:青海省水利水電科學研究所