導(dǎo)語(yǔ)：抽水蓄能電站研究管理論文一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

0前言：

堆石料是由巖石粉碎組成各種級(jí)配巖石碎塊類集合體。研究堆石料的滲透系數(shù)，臨界水頭，滲透特性能夠?yàn)榇髩卧O(shè)計(jì)提供必要的依據(jù)。

由于堆石料具有大小顆粒懸殊，組成分散，不均勻性大，性質(zhì)復(fù)雜等特點(diǎn)目前將粒徑5mm顆粒稱為粗料，粒徑<5mm為細(xì)料。堆石料中粗料形成骨架，細(xì)料填充孔隙，填充愈密實(shí)，土體的孔隙愈小。孔隙的大小，直接關(guān)系到土體的滲透特性和滲透穩(wěn)定性。本次試驗(yàn)主要對(duì)級(jí)配不同的堆石料進(jìn)行滲透和滲透變形試驗(yàn)，得出水力坡降與滲流速度關(guān)系曲線，并分析細(xì)料含量對(duì)滲透特性的影響。

1滲透試驗(yàn)

1.1試驗(yàn)儀器與試驗(yàn)過(guò)程

試驗(yàn)儀器是河海大學(xué)巖土所設(shè)計(jì)并委托加工的大型滲透儀。該儀器試樣筒內(nèi)徑為303mm，高度為460mm，能夠滿足最大粒徑為60mm的堆石料的試驗(yàn)要求。試樣桶上下端分別與有自由出水口的水桶相連，水桶高度可以調(diào)節(jié)，從而可以給試樣上下游提供0～360mm的水頭差。在樣桶中從下向上依次為透水銅板，經(jīng)過(guò)抽真空處理的土工布，試樣，經(jīng)過(guò)抽真空處理的土工布，透水銅板。銅板和土工布的作用類似于透水石和濾紙，能夠保證水流通暢，同時(shí)土顆粒不被水流帶出，不會(huì)阻塞銅板的孔。

為防止水流沿光滑桶壁滲出，試驗(yàn)中制樣先用凡士林涂抹桶壁。然后按照試樣設(shè)計(jì)高度和設(shè)計(jì)密度將其分2～5層進(jìn)行人工擊實(shí)，保證試樣的均勻性。裝樣后用蒸餾水從底部浸泡飽和。在試樣充分飽后，鋪好土工布和銅板，蓋上滲透儀蓋子，然后排氣，使得上下游水頭一樣高，而且整個(gè)滲流路徑密閉不含氣泡。試驗(yàn)開(kāi)始后逐步提高上下游水頭差高度，每次提高1～2cm，每提高一級(jí)水頭后等15～30分鐘滲流穩(wěn)定后再測(cè)定一定時(shí)間內(nèi)的滲流量。每測(cè)5～6組就可以確定滲透系數(shù)。20攝氏度下滲透系數(shù)計(jì)算公式如下：

（1）

為試樣的滲透系數(shù)；為滲流量；為上下游水頭差；為試樣高度或?yàn)闈B徑長(zhǎng)度；為試樣面積；為時(shí)間；為溫度校正系數(shù)。

滲透變形所要求的上下游水頭差比較大，當(dāng)水頭差到達(dá)一定高度后單位時(shí)間內(nèi)滲水量急劇增大，水流出現(xiàn)渾濁，即宣告試樣破壞。該水頭差與試樣高度的比值即為臨界水力梯度。

1.2試驗(yàn)壩料的顆粒組成與級(jí)配

本次試驗(yàn)主要對(duì)墊層料，過(guò)渡料和反濾料進(jìn)行滲透和滲透變形試驗(yàn)。墊層料采用開(kāi)挖的新鮮微分化角礫凝灰?guī)r，熔結(jié)角礫凝灰?guī)r，沉凝灰?guī)r，含礫晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r混合料人工軋制而成。最大粒徑81mm，粒徑小于5mm含量為30％～46％，粒徑小于0.1mm含量為4％～8％，級(jí)配連續(xù)。過(guò)渡料采用新鮮微風(fēng)化開(kāi)挖混合料配制而成。最大粒徑為400mm，粒徑小于5mm含量為0％～23％，粒徑小于0.1mm含量0％～5％，級(jí)配連續(xù)。反濾料采用開(kāi)挖的新鮮微分化角礫凝灰?guī)r，熔結(jié)角礫凝灰?guī)r，沉凝灰?guī)r，含礫晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r混合料人工軋制而成。最大粒徑粒徑30mm，粒徑小于5mm含量為50％～85％，粒徑小于0.1mm含量0％～5％，級(jí)配連續(xù)。

表1堆石替代料級(jí)配

Table1Gradationoftherockfillforexperiment

石料

干密度

粒組（mm）及粒組含量（％）

60~40

40~20

20~10

10~5

<5

墊層料

2.18

18

20

13

12

34.8

過(guò)渡層料

2.09

21.9

30.7

21

14.9

11.5

反濾料

2.12

14.5

16.6

68.9

2試驗(yàn)成果分析

2.1試驗(yàn)結(jié)果分析

表2堆石料滲透和滲透變形試驗(yàn)結(jié)果

Table2Resultsofseepagetestsforrockfill

石料

密度g/cm3

試樣長(zhǎng)度cm

滲透系數(shù)cm/s

臨界水力梯度

墊層料

2.18

20

0.0025

1.40

墊層料

2.18

20

0.0020

1.25

過(guò)渡層料

2.09

20

0.0137

過(guò)渡層料

2.09

20

0.0152

反濾料

2.12

20

0.0011

1.65

反濾料

2.12

20

0.0012

1.60

反濾料2

2.12

20

0.00020

注：表中相同石料為平行試驗(yàn)；反濾料2是利用反濾料滲透試驗(yàn)用過(guò)的堆石料重新曬干，按照與表1中反濾料相同的密度和級(jí)配進(jìn)行二次試驗(yàn)。

圖1墊層料水力梯度與滲流速度關(guān)系

Fig.1Relationshipbetweenhydraulicgradientandseepagevelocityofcushion

圖2過(guò)渡料水力坡降與滲流速度的關(guān)系

Fig.2Relationshipbetweenhydraulicgradientandseepagevelocityoftransition

如圖1所示墊層料滲透坡降與滲透速度之間關(guān)系基本成線性關(guān)系，符合達(dá)西定律。但當(dāng)水力坡降在1.0～1.2之間時(shí)，滲透速度隨著水力坡降的增大反而減小。在水力坡降超過(guò)1.2之后，滲透速度又隨著水力坡降增大而急劇增大，并很快達(dá)到破壞。也就是說(shuō)滲透系數(shù)在整個(gè)過(guò)程中并不是恒定的，在水力坡降較小時(shí)是一個(gè)定值，但當(dāng)坡降增加到一定值之后，就會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)過(guò)程。分析其原因在水力坡降較小時(shí)堆石料中孔隙能夠滿足透水的要求，當(dāng)水頭增大之后，水流對(duì)石料的拽弋力也加大從而帶動(dòng)一些顆粒隨水流方向移動(dòng)，阻塞了一部分孔隙，使得過(guò)水?dāng)嗝孀冃亩牧魉僮冃　５?dāng)水頭繼續(xù)加大后，其中的一部分石料被沖走從而導(dǎo)致過(guò)水?dāng)嗝婕眲≡龃螅魉偌哟螅⒑芸炱茐摹?/p>

根據(jù)圖2可以看出過(guò)渡料在水力坡降為0.4左右時(shí)也出現(xiàn)滲流速度隨著水力坡降的增大而減少的波動(dòng)現(xiàn)象。但與墊層料相比這個(gè)波動(dòng)過(guò)程有兩點(diǎn)不同：1是過(guò)渡料出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)的水力坡降要小于墊層料出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)的坡降，過(guò)渡料在水力坡降為0.4左右出現(xiàn)，而墊層料在1.0～1.2時(shí)出現(xiàn)；2是該波動(dòng)過(guò)程對(duì)過(guò)渡料影響更小，其水力坡降與滲流速度更加符合線性關(guān)系。分析其原因是由于過(guò)渡料小于5mm的粒組含量遠(yuǎn)小于墊層料，其滲透系數(shù)約為墊層料6～7倍，所以在水力坡降較小時(shí)其滲流速度已經(jīng)比較大，施加的拽弋力已經(jīng)足夠帶動(dòng)一些顆粒隨水流方向移動(dòng)，阻塞了一部分孔隙，從而導(dǎo)致其出現(xiàn)波動(dòng)過(guò)程要早于墊層料。而且由于過(guò)渡料小于5mm的粒組含量較少，細(xì)料對(duì)滲透特性影響不大，所以更加符合達(dá)西定律條件。

2.2反濾料與2次利用的反濾料試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析

為了更好研究堆石料滲透特性的變化和級(jí)配的控制范圍，本次試驗(yàn)對(duì)反濾料試驗(yàn)用完的堆石料進(jìn)行回收二次試驗(yàn)。將反濾料試驗(yàn)之后的堆石重新曬干，篩分，并按照表1中的密度和級(jí)配重新配制反濾料即反濾料2進(jìn)行滲透變形試驗(yàn)。與原料相比，經(jīng)過(guò)滲透試驗(yàn)之后堆石料形狀更加規(guī)則，更大的變化是粒徑更細(xì)。雖然反濾料和反濾料2的小于5mm級(jí)配都是68.9％，但反濾料2中小于5mm料明顯粒徑更細(xì)，粒徑小于0.1mm含量要多于5％。

從圖3和圖4可以看出，反濾料2的滲透系數(shù)僅為原反濾料滲透系數(shù)的0.2倍左右，同時(shí)在水力坡降到達(dá)1.6時(shí)反濾料已經(jīng)破壞，而反濾料2在水力坡降到達(dá)2時(shí)仍然沒(méi)有破壞，由于儀器所限沒(méi)能測(cè)出其臨界水頭。這就說(shuō)明對(duì)于細(xì)料（5mm）含量較多的堆石料，細(xì)料的級(jí)配決定了其滲透特性，細(xì)料越細(xì)其滲透系數(shù)就越低而臨界水頭就越大，所以對(duì)于這類堆石料確定其級(jí)配以及設(shè)計(jì)試驗(yàn)替代料時(shí)不應(yīng)僅僅以5mm為界劃分，必須進(jìn)一步確定小于5mm堆石料的級(jí)配。如果僅僅以5mm為界將會(huì)出現(xiàn)級(jí)配相同而滲透系數(shù)水力坡降相差很大的情形。同時(shí)試驗(yàn)表明在水力滲透沖刷過(guò)程中，堆石料的粒徑將變得更加細(xì)小和其位置也會(huì)隨水流變化，從而對(duì)滲透特性產(chǎn)生影響，在壩體多年使用過(guò)程中這一影響因素必須加以分析。

與墊層料和過(guò)渡料相比，反濾料滲透過(guò)程中其滲透坡降與滲流速度關(guān)系較大的波動(dòng)出現(xiàn)在0.5～1.0之間，其影響范圍更明顯，這是由于其細(xì)料含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)30％，滲透特性由細(xì)料控制。其孔隙較小，級(jí)配集中，小顆粒比較多容易阻塞過(guò)水通道，但其滲流速度小又不容易沖走堵塞的細(xì)料，導(dǎo)致其影響范圍大。

Fig.3Relationshipbetweenhydraulicgradientandseepagevelocityoffiltermaterial

Fig.3Relationshipbetweenhydraulicgradientandseepagevelocityofsecondaryfiltermaterial

3結(jié)論與建議

1.本次試驗(yàn)得出了墊層料過(guò)渡料反濾料的滲透系數(shù)，并測(cè)出墊層料和反濾料的臨界水頭；

2.在堆石料滲透試驗(yàn)中將會(huì)出現(xiàn)一段滲流速度隨水力坡降增大而減少然后再增大的波動(dòng)過(guò)程，并且細(xì)料含量越多該過(guò)程越明顯，墊層料，過(guò)渡料，反濾料出現(xiàn)該過(guò)程的水力坡降分別為0.9～1.2，0.4，0.5～1.0；

3對(duì)于細(xì)料含量大于30％的堆石料確定其級(jí)配以及設(shè)計(jì)試驗(yàn)替代料時(shí)不應(yīng)僅僅以5mm為界劃分，必須進(jìn)一步確定小于5mm堆石料的級(jí)配，才能保證設(shè)計(jì)和試驗(yàn)的準(zhǔn)確；

4水力滲透沖刷過(guò)程中，堆石料的粒徑將變得更加細(xì)小和其位置也會(huì)隨水流變化，從而對(duì)滲透特性產(chǎn)生影響。

參考文獻(xiàn)：

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TeststudyonseepagepropertiesofrockfillofaDam

ZhouJinjun1,WANGYong1,LiuJie2,ZhuXiaochun1

(1.GeotechnicalInstituteofHohaiUniversity,Nanjing210098,China;

2.ChongqingHydraulicSurvey&DesignInstitute,Chongqing400020,China)

Abstract:Basedontheseepagetestsandfiltrationerosiontestsinthelaboratory,theseepagecoefficientofrockfillandthecriticalhydraulicgradientofcushionandfiltermaterialaresummedup.Andthefluctuationratiobetweenhydraulicgradientandseepagevelocityofrockfillhasbeenanalysed.Thefilermaterialshavebeenrestoredaftertestsandcontrasted

Keywords:rockfill;seepage;filtrationerosion