一種防滲帷幕模擬試驗(yàn)的裝置及試驗(yàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種防滲帷幕模擬試驗(yàn)的裝置及試驗(yàn)方法，該裝置包括試件（11）和壓力室（1）；其中試件（11）形狀為長圓柱體，其上部中心開圓形孔洞（12），在圓形孔洞（12）中設(shè)有滲透水流排水管（14）；壓力室（1）外形為圓筒狀，其筒體（2）內(nèi)設(shè)有用于容納試件（11）的空腔；壓力室（1）通過進(jìn)水管（7）與設(shè)在筒體（2）外部的壓力泵（5）相連，進(jìn)水管（7）上設(shè)有進(jìn)水控制閥（6）和進(jìn)水壓力表（8）。本發(fā)明通過該裝置將試件（11）的圓形孔洞（12）產(chǎn)生的原狀試件芯樣和試件（11）進(jìn)行同樣的物理力學(xué)和化學(xué)等試驗(yàn)，對比滲透試驗(yàn)前后兩者的變化，為防滲帷幕侵蝕及老化提供實(shí)測數(shù)據(jù)。
【專利說明】
一種防滲帷幕模擬試驗(yàn)的裝置及試驗(yàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于工程材料測試技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明涉及一種防滲帷幕模擬試驗(yàn)的裝置及試驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]灌漿是水電水利工程中最常用的防滲處理方式，通過灌漿處理，形成防滲帷幕，將水庫滲漏量控制在合理程度，保證地基滲透穩(wěn)定和水工建筑物安全。1838年，英國湯姆遜隧道首次進(jìn)行水泥灌漿，水泥漿液作為灌漿主材的地位延續(xù)至今，其中最常用的仍然為普通硅酸鹽水泥。中國較多的大中型水電站和水庫已經(jīng)運(yùn)行了超過二十年，近年來陸續(xù)有更多的項(xiàng)目竣工和投產(chǎn)，防滲帷幕長期處于高壓滲透水流的作用下，水文地球化學(xué)環(huán)境復(fù)雜，防滲帷幕將持續(xù)遭受侵蝕而老化衰減。
[0003]針對防滲帷幕的老化和可靠性，除了現(xiàn)場的水文地質(zhì)調(diào)查和勘察外，需進(jìn)行試驗(yàn)研究，由于現(xiàn)實(shí)中帷幕體的規(guī)模巨大，幕體中水泥結(jié)石分布不規(guī)律，難以直接進(jìn)行現(xiàn)場滲透試驗(yàn)，需要建立防滲帷幕模型，反映防滲帷幕的裂隙性、不均勻和滲透性強(qiáng)的特征。
[0004]目前針對防滲帷幕的室內(nèi)試驗(yàn)，本技術(shù)領(lǐng)域有以下專利技術(shù)文獻(xiàn)，如專利名稱為《一種模擬混凝土與基巖之間防滲帷幕的試驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?專利號ZL 2015 2 0471602.5)和《一種模擬水庫大壩防滲帷幕的試驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?專利號ZL 2015 2 0471497.5)。這兩個技術(shù)文獻(xiàn)提供的試驗(yàn)?zāi)Ｐ秃头罎B帷幕模擬試驗(yàn)的方法，其試件制造基本思路與混凝土澆筑一致，試件無裂縫，滲透水流由內(nèi)而外。然而上述技術(shù)文獻(xiàn)尚未考慮到以下問題:
帷幕灌漿是將具有流動性、凝固后具有膠結(jié)力的漿液在不同壓力作用下注入地質(zhì)體或結(jié)構(gòu)體的裂隙、孔隙或孔洞內(nèi)，提高防滲線的整體性和密實(shí)性，改善其抗?jié)B和力學(xué)性能的一種工程手段。水泥漿液在裂隙或孔洞中流動并固結(jié)，水泥石分散，體積小，表面積巨大，與巖石接觸部位仍然是薄弱面。不同壩高對應(yīng)的防滲帷幕標(biāo)準(zhǔn)有所區(qū)別，對重力壩來說，壩高在10m以上，壩基帷幕透水率為I?3Lu，壩高在50m以下，為5Lu，相應(yīng)的滲透系數(shù)約為I?5 X 10一5cm/s，屬于弱透水范疇。而對大壩混凝土，要求最低的壩體內(nèi)部抗?jié)B等級為W2，對應(yīng)的滲透系數(shù)為1.96 X 10—8cm/s。帷幕的滲透能力是混凝土的500倍以上。
[0005]針對防滲帷幕的老化和可靠性，除了現(xiàn)場的水文地質(zhì)調(diào)查和勘察外，需進(jìn)行試驗(yàn)研究，由于現(xiàn)實(shí)中帷幕體的規(guī)模巨大，幕體中水泥結(jié)石分布不規(guī)律，難以直接進(jìn)行現(xiàn)場滲透試驗(yàn)，需要建立防滲帷幕模型。試驗(yàn)的試件需要體現(xiàn)防滲帷幕的水泥結(jié)石特征，試件需要有代表性的裂隙，滲透水流需要在滲透壓力作用下緩慢流經(jīng)水泥結(jié)石內(nèi)部或水泥結(jié)石與巖石之間的裂隙，水流與水泥結(jié)石充分作用，之后搜集滲出水流，進(jìn)行水質(zhì)檢測。并針對試件滲透試驗(yàn)前后進(jìn)行物理力學(xué)檢測，研究其物理力學(xué)變化特征。因此，試驗(yàn)的兩個關(guān)鍵點(diǎn)是模擬帷幕體的裂隙特征和滲透水流特征。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種模擬防滲帷幕的裝置及試驗(yàn)方法，通過模擬試驗(yàn)獲取防滲帷幕體和滲透水流的變化規(guī)律，研究防滲帷幕侵蝕的過程，總結(jié)防滲帷幕老化的機(jī)理。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種防滲帷幕模擬試驗(yàn)的裝置，該裝置包括試件和壓力室;其中試件形狀為長圓柱體，其上部中心開圓形孔洞，在圓形孔洞中設(shè)有滲透水流排水管;壓力室外形為圓筒狀，其筒體內(nèi)設(shè)有用于容納試件的空腔;壓力室通過進(jìn)水管與設(shè)在筒體外部的壓力栗相連，進(jìn)水管上設(shè)有進(jìn)水控制閥和進(jìn)水壓力表。
[0008]其中，滲透水流排水管與通過強(qiáng)力膠與試件相連并密封。滲透水流排水管底部與試件頂部的距離(即通過強(qiáng)力膠密封的部分)、試件圓形孔洞底部與試件底部的距離和試件的半徑相同。
[0009]進(jìn)一步的，筒體上部設(shè)有筒蓋，筒蓋上設(shè)有一根上部排水管。壓力室底部側(cè)面設(shè)有一根下部排水管，該下部排水管上設(shè)有排水控制閥。
[0010]本發(fā)明利用上述裝置進(jìn)行防滲帷幕模擬試驗(yàn)的試驗(yàn)方法包括如下步驟:
步驟1:制備試件，試件進(jìn)行急凍產(chǎn)生均勻的溫度裂縫，模擬防滲帷幕的薄弱面和滲水通道；
步驟2:在試件中用取芯鉆頭鉆圓形孔洞，并取原狀試件芯樣;在試件的圓形孔洞中安裝滲透水流排水管；
步驟3:將制備好的試件裝入壓力室中，試件底部墊高，與壓力室底部保留供水流動的空隙；
步驟4:蓋好壓力室頂?shù)耐采w并密封，使試件的滲透水流排水管穿過壓力室的上部排水管；
步驟5:密封試件的滲透水流排水管和壓力室的上部排水管兩管之間空隙，關(guān)閉壓力室的排水控制閥;打開壓力室的進(jìn)水控制閥，使壓力室中注滿水；
步驟6:開動壓力栗加壓，通過壓力表讀取水壓力;滲透水流從試件表面滲入，匯流于試件的圓形孔洞中，通過滲透水流排水管排出；
步驟7:保持滲透水壓力，定時搜集壓力室的進(jìn)水水樣和試件的排出水水樣，進(jìn)行水質(zhì)分析；
步驟8:滲透試驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉壓力室的壓力栗，關(guān)閉進(jìn)水口控制閥;打開壓力室的排水控制閥，打開筒蓋，取出試件。
[0011]步驟9:將試件的圓形孔洞產(chǎn)生的原狀試件芯樣和試件進(jìn)行同樣的物理力學(xué)和化學(xué)等試驗(yàn)，對比滲透試驗(yàn)前后兩者的變化，為防滲帷幕侵蝕及老化提供實(shí)測數(shù)據(jù)。
[0012]本發(fā)明具有以下技術(shù)效果:
本發(fā)明可用于防滲帷幕的模擬試驗(yàn);本發(fā)明利用混凝土水泥水化工程中溫度急變產(chǎn)生裂縫的原理制造符合防滲帷幕裂隙性、強(qiáng)滲透性特點(diǎn)的均勻裂縫試件，使得試驗(yàn)更符合防滲帷幕的實(shí)際情況，試件具有較好的代表性；同樣的混凝土養(yǎng)護(hù)過程中加以急凍的方法可以制造其他需要產(chǎn)生裂縫缺陷的混凝土試驗(yàn)樣品，方法均有較好的通用性;滲透水流通過試件表面進(jìn)入，通過試件內(nèi)部流出，可以保證滲透水流均勻地分布于整個試件;試件為圓柱體，試件中開圓形孔洞，孔洞底部與試件底部的距離和試件的半徑相同，孔洞上部與滲透水流排水管密封，滲透水流排水管底部與試件頂部的距離和試件的半徑相同，可以保證通過試件表面滲入圓形孔洞的水流路徑長度一致，可以較為方便和準(zhǔn)確地計(jì)算試件的滲透系數(shù);另外，壓力室與試件水流即成系統(tǒng)，滲透水流又做到獨(dú)立，取樣方便;試件的圓形孔洞產(chǎn)生的原狀試件芯樣和試件可進(jìn)行對比物理力學(xué)和化學(xué)等試驗(yàn)，試驗(yàn)樣品同源，具有良好的可對比性。
【附圖說明】
[0013]
圖1是試驗(yàn)試件剖面圖；
圖2是試驗(yàn)試件俯視圖；
圖3是壓力室剖面圖。
[0014]附圖標(biāo)記說明:1-壓力室，2-筒體，3-筒蓋，4-上部排水管，5-壓力栗，6_進(jìn)水控制閥，7-進(jìn)水管，8-進(jìn)水壓力表，9-下部排水管，10-排水控制閥，11-試件，12-圓形孔洞，13-強(qiáng)力膠，14-滲透水流排水管，15-滲透水流方向。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0016]實(shí)施例1:
首先，看圖1和圖2，圖1和圖2分別展示了本發(fā)明所采用的試件11的剖面圖和俯視圖。從圖中可以看出，本發(fā)明的試件11形狀為長圓柱體;試件11上部中心開圓形孔洞12，圓形孔洞12底部與試件11底部的距離和試件11的半徑相同；滲透水流排水管14位于圓形孔洞12中，滲透水流排水管14底部與試件11頂部的距離(即圖1中由強(qiáng)力膠13密封的部分)和試件11的半徑相同；滲透水流排水管14通過強(qiáng)力膠13與試件11相連，并密封;高壓滲透水流通過試件11外表面滲入試件，通過圓形孔洞12自由滲出，通過滲透水流排水管14排出并搜集水樣，試件11中水流方向?yàn)榧^所展示的滲透水流方向15。
[0017]看圖3，圖3展示了本發(fā)明的壓力室I的結(jié)構(gòu)，壓力室I和試件11形狀一致，為筒狀，內(nèi)部空間略大于試件11，外部主要由筒體2與筒蓋3組成，筒體2與筒蓋3可密封;壓力室I通過進(jìn)水管7與外部壓力栗5相連;壓力室I的進(jìn)水通過進(jìn)水控制閥6控制;壓力室I的水壓通過壓力表8測定;壓力室I的棄水排水通過下部排水管9實(shí)現(xiàn)，棄水排水通過排水控制閥10控制;試件11整體裝入壓力室I，試件11的滲透水流通過壓力室I的上部排水管4排出，試件11的滲透水流排水管14穿過壓力室I的上部排水管4，兩管之間密封。
[0018]本發(fā)明的試驗(yàn)方法是這樣實(shí)施的:
I試件的制備方法:
1.1根據(jù)試件11的設(shè)計(jì)尺寸要求制造試件11澆筑的筒狀外模；
1.2外模中放入碎石骨料，根據(jù)一般防滲帷幕漿液參數(shù)配制水泥漿，并灌注到碎石骨料之間的縫隙中，可加壓灌注；
1.3試件11帶模標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)48h拆模；
1.4試件11環(huán)境溫度急降至(TC，保持24h，試件11遭受低溫將產(chǎn)生均勻的溫度裂縫，模擬防滲帷幕的薄弱面和滲水通道；
1.5試件11繼續(xù)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d;
1.6按照圖1和圖2所示在試件11中用取芯鉆頭鉆圓形孔洞12，并取原狀試件芯樣； 1.7在試件11的圓形孔洞12中安裝滲透水流排水管14;
2試驗(yàn)方法
2.1將制備好的試件11裝入壓力室I中，試件11底部墊高，與壓力室I底部保留供水流動的孔隙；
2.1蓋好壓力室I的筒蓋3并密封，試件11的滲透水流排水管14穿過壓力室I的上部排水管4;
2.2密封試件11的滲透水流排水管14和壓力室I的上部排水管4兩管之間空隙，關(guān)閉壓力室I的排水控制閥10;打開壓力室I的進(jìn)水控制閥6，壓力室I中注滿水；
2.3開動壓力栗5加壓，按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)滲透壓力要求加壓，水壓力可通過壓力表8讀出，滲透水流從試件11表面滲入，匯流于試件11的圓形孔洞12中，通過滲透水流排水管14排出；
2.4保持滲透水壓力，定時搜集壓力室I的進(jìn)水水樣和試件11的排出水水樣，進(jìn)行水質(zhì)分析；
2.5滲透試驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉壓力室I的壓力栗5，關(guān)閉進(jìn)水控制閥6;打開壓力室I的排水控制閥1，打開筒蓋3，取出試件11 ；
2.6將試件11的圓形孔洞12產(chǎn)生的原狀試件芯樣和試件11進(jìn)行同樣的物理力學(xué)和化學(xué)等試驗(yàn)，對比滲透試驗(yàn)前后兩者的變化，為防滲帷幕侵蝕及老化提供實(shí)測數(shù)據(jù)。
[0019]當(dāng)然，以上只是本發(fā)明的具體應(yīng)用范例，本發(fā)明還有其他的實(shí)施方式，凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明所要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種防滲帷幕模擬試驗(yàn)的裝置，其特征在于:該裝置包括試件(11)和壓力室(I);其中試件(11)形狀為長圓柱體，其上部中心開圓形孔洞(12)，在圓形孔洞(12)中設(shè)有滲透水流排水管(14);壓力室(I)外形為圓筒狀，其筒體(2)內(nèi)設(shè)有用于容納試件(11)的空腔;壓力室(I)通過進(jìn)水管(7)與設(shè)在筒體(2)外部的壓力栗(5)相連，進(jìn)水管(7)上設(shè)有進(jìn)水控制閥(6)和進(jìn)水壓力表(8)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防滲帷幕模擬試驗(yàn)的裝置，其特征在于:滲透水流排水管(14)與通過強(qiáng)力膠(13)與試件(11)相連并密封。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的防滲帷幕模擬試驗(yàn)的裝置，其特征在于:滲透水流排水管(14)底部與試件(11)頂部的距離、圓形孔洞(12)底部與試件(11)底部的距離和試件(11)的半徑相同。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防滲帷幕模擬試驗(yàn)的裝置，其特征在于:筒體(2)上部設(shè)有筒蓋(3)，筒蓋(3)上設(shè)有一根上部排水管(4)，滲透水流排水管(14)可穿過排水管(4)，兩者之間密封。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防滲帷幕模擬試驗(yàn)的裝置，其特征在于:壓力室(I)底部側(cè)面設(shè)有一根下部排水管(9 )，該下部排水管(9 )上設(shè)有排水控制閥(1 )。6.—種利用如權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述的裝置進(jìn)行防滲帷幕模擬試驗(yàn)的試驗(yàn)方法，其特征在于該方法包括如下步驟: 步驟1:制備試件(11)，試件(11)進(jìn)行急凍產(chǎn)生均勻的溫度裂縫，模擬防滲帷幕的薄弱面和滲水通道； 步驟2:在試件(11)中用取芯鉆頭鉆圓形孔洞(12)，并取原狀試件芯樣;在試件(11)的圓形孔洞(12)中安裝滲透水流排水管(14); 步驟3:將制備好的試件(11)裝入壓力室(I)中，試件(11)底部墊高，與壓力室(I)底部保留供水流動的空隙； 步驟4:蓋好壓力室(I)頂?shù)耐采w(3)并密封，使試件(11)的滲透水流排水管(14)穿過壓力室(I)的上部排水管(4); 步驟5:密封試件(11)的滲透水流排水管(14)和壓力室(I)的上部排水管(4)兩管之間空隙，關(guān)閉壓力室(I)的排水控制閥(10);打開壓力室(I)的進(jìn)水控制閥(6)，使壓力室(I)中注滿水； 步驟6:開動壓力栗(5)加壓，通過壓力表(8)讀取水壓力;滲透水流從試件(11)表面滲入，匯流于試件(11)的圓形孔洞(12)中，通過滲透水流排水管(14)排出； 步驟7:保持滲透水壓力，定時搜集壓力室(I)的進(jìn)水水樣和試件(11)的排出水水樣，進(jìn)行水質(zhì)分析； 步驟8:滲透試驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉壓力室(I)的壓力栗(5)，關(guān)閉進(jìn)水口控制閥(6);打開壓力室(I)的排水控制閥(10)，打開筒蓋(3)，取出試件(11)； 步驟9:將試件(11)的圓形孔洞(12)產(chǎn)生的原狀試件芯樣和試件(11)進(jìn)行同樣的物理力學(xué)和化學(xué)等試驗(yàn)，對比滲透試驗(yàn)前后兩者的變化，為防滲帷幕侵蝕及老化提供實(shí)測數(shù)據(jù)。
【文檔編號】G01N1/28GK106092855SQ201610530371
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月7日
【發(fā)明人】鄭克勛, 余波, 郭維祥, 饒承彪
【申請人】中國電建集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司, 中國水電顧問集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計(jì)研究院巖土工程有限公司