1、    抽水蓄能電站堆石料滲透特性試驗(yàn)研究            作者：周進(jìn)軍1 王勇1 劉時間：2007-11-25 12:27:00                     摘要：通過試驗(yàn)對某抽水蓄能電站堆石料中墊層料，過渡層料，反濾料

2、滲透特性進(jìn)行研究，得出其滲透系數(shù)和臨界水頭。并對堆石料滲流速度與水力坡降關(guān)系曲線中波動過程進(jìn)行分析，確定不同堆石料出現(xiàn)波動過程的水頭及原因。對反濾料試驗(yàn)用料回收并進(jìn)行二次試驗(yàn)，并將其滲透特性與反濾料進(jìn)行對比分析。  關(guān)鍵詞：堆石料 滲透 滲透變形  0 前言： 堆石料是由巖石粉碎組成各種級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

3、架，細(xì)料填充孔隙，填充愈密實(shí)，土體的孔隙愈小?？紫兜拇笮。苯雨P(guān)系到土體的滲透特性和滲透穩(wěn)定性。本次試驗(yàn)主要對級配不同的堆石料進(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

4、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0360mm的水頭差。在樣桶中從下向上依次為透水銅板，經(jīng)過抽真空處理的土工布，試樣，經(jīng)過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，同時土顆粒不被水流帶出，不會阻塞銅板的孔。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25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，而且整個滲流路徑密閉不含氣泡。試驗(yàn)開始后逐步提高上下游水頭差高度，每次提高1

5、2cm，每提高一級水頭后等1530分鐘滲流穩(wěn)定后再測定一定時間內(nèi)的滲流量。每測56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）                  

6、;      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徑長度；為試樣面積；為時間；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配本次試驗(yàn)主要對墊層料，過渡料和反濾料進(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3046，粒徑小于

7、0.1mm含量為48，級配連續(xù)。過渡料采用新鮮微風(fēng)化開挖混合料配制而成。最大粒徑為400mm，粒徑小于5mm含量為023，粒徑小于0.1mm含量05，級配連續(xù)。反濾料采用開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5085，粒徑小于0.1mm含量05，級配連續(xù)。表1  堆石替代料級配Table 1  Gradation of the rockfill for experiment石料干密度粒組（mm）及粒組含量（）604040202010105<5墊層料2/p>

8、4.8過渡層料2.0921.930.72114.911.5反濾料2.120014.516.668.92 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 Table 2  Results of seepage tests for rockfill  石料密度g/cm3試樣長度cm滲透系數(shù)cm/s臨界水力梯度墊層料2.18200.00251.40墊層料2.18200.00201

9、.25過渡層料2.09200.0137 過渡層料2.09200.0152 反濾料2.12200.00111.65反濾料2.12200.00121.60反濾料22.12200.00020 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)用過的堆石料重新曬干，按照與表1中反濾料相同的密度和級配進(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.1  Relationship between hydraulic gradient and seepage velocity of cushion 圖2  過渡料水力坡降與

10、滲流速度的關(guān)系Fig.2 Relationship between hydraulic gradient and seepage velocity of transition 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1.01.2之間時，滲透速度隨著水力坡降的增大反而減小。在水力坡降超過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。也就是說滲透系數(shù)在整個過程中并不是恒定的，在水力坡降較小時是一個定值，但當(dāng)坡降增加到一定值之后，就會出現(xiàn)波動過程。分析其原因在水力坡降較小時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

11、對石料的拽弋力也加大從而帶動一些顆粒隨水流方向移動，阻塞了一部分孔隙，使得過水?dāng)嗝孀冃亩牧魉僮冃?。但?dāng)水頭繼續(xù)加大后，其中的一部分石料被沖走從而導(dǎo)致過水?dāng)嗝婕眲≡龃螅魉偌哟?，并很快破壞?#160; 根據(jù)圖2可以看出過渡料在水力坡降為0.4左右時也出現(xiàn)滲流速度隨著水力坡降的增大而減少的波動現(xiàn)象。但與墊層料相比這個波動過程有兩點(diǎn)不同：1是過渡料出現(xiàn)波動時的水力坡降要小于墊層料出現(xiàn)波動時的坡降，過渡料在水力坡降為0.4左右出現(xiàn)，而墊層料在1.01.2時出現(xiàn)；2是該波動過程對過渡料影響更小，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渡料小于5mm的粒組含量遠(yuǎn)小于墊層料，其滲透系

12、數(shù)約為墊層料67倍，所以在水力坡降較小時其滲流速度已經(jīng)比較大，施加的拽弋力已經(jīng)足夠帶動一些顆粒隨水流方向移動，阻塞了一部分孔隙，從而導(dǎo)致其出現(xiàn)波動過程要早于墊層料。而且由于過渡料小于5mm的粒組含量較少，細(xì)料對滲透特性影響不大，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)果對比分析為了更好研究堆石料滲透特性的變化和級配的控制范圍，本次試驗(yàn)對反濾料試驗(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，同時在水力坡降到達(dá)1.6時反濾料已經(jīng)破壞，而反濾料2在 水力坡降到達(dá)2時仍然沒有破壞，由于儀器所限沒能測出其臨界水頭。這就說明對于細(xì)料（5mm）含量較多的堆石料，細(xì)料的級配