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        土體裂隙對防滲土工膜膜下氣場的影響分析

        2017-06-21 09:34:55朱輝程玉亮王明輝
        東北水利水電 2017年6期
        關(guān)鍵詞:土柱土工膜氣場

        朱輝,程玉亮,王明輝

        (1.遼寧省農(nóng)村水利建設(shè)管理局,遼寧沈陽110003;2.遼寧省西豐縣水務(wù)局,遼寧鐵嶺112400)

        土體裂隙對防滲土工膜膜下氣場的影響分析

        朱輝1,程玉亮1,王明輝2

        (1.遼寧省農(nóng)村水利建設(shè)管理局,遼寧沈陽110003;2.遼寧省西豐縣水務(wù)局,遼寧鐵嶺112400)

        采用室內(nèi)試驗?zāi)M現(xiàn)場實際,主要分析膜下土體裂隙發(fā)育程度對平原水庫土工膜防滲膜下氣場的影響,根據(jù)分析結(jié)果,對平原水庫土工膜防滲排氣方案提出合理性建議。結(jié)果表明:裂隙發(fā)育程度對膜下氣場有明顯影響。

        裂隙;防滲土工膜;膜下氣場影響;土體

        平原水庫施工期在干旱季節(jié),地下水位較深,庫區(qū)土體為非飽和土,轉(zhuǎn)為雨季,地下水位上升,水壓力擠壓非飽和土中的氣體,氣體被水壓力擠壓至土體表面,受土工膜封閉,形成了庫區(qū)膜下氣場。膜下氣場表現(xiàn)為氣泡,具有一定壓力。庫區(qū)內(nèi)膜下氣場可以將土工膜托起,甚至頂破,造成防滲失敗,因此研究平原水庫土工膜防滲膜下氣場的影響因素具有較強的現(xiàn)實意義。主要研究膜下土體裂隙發(fā)育程度對防滲土工膜膜下氣場的影響,在此基礎(chǔ)上,對平原水庫土工膜防滲排氣方案提出建議。

        1 試驗方案及膜下氣場評價指標介紹

        1.1 試驗方法

        試驗裝置如圖1所示,主要由土柱、供水裝置、測量裝置和土工膜封閉系統(tǒng)組成。土柱桶由厚5 mm有機玻璃筒制成,其底面均勻分布15個2 mm小孔,在水壓力作用下,水從小孔入滲至土柱內(nèi),擠壓土柱內(nèi)氣體,氣體被擠壓至土體表面,形成膜下氣場。測量系統(tǒng)采用排水取氣法測量氣體體積,測量氣泡壓力時將集氣瓶換成U型壓力計。

        1.2 試驗方案

        裂隙度定義為單位面積上的裂隙面積。實驗土體含水率為13%,干密度為1.4 g/cm3,裂隙度分別為0,0.035%,0.07%,0.14%,0.28%。

        圖1 室內(nèi)試驗裝置示意圖

        1.3 膜下氣場評價指標

        1)膜下氣泡特性。采用膜下氣泡的特征(包括膜下氣泡產(chǎn)生速率、氣泡體積)作為指標來評價膜下氣場。

        2)膜下氣泡氣壓。主要通過膜下氣壓增加的速率及最終氣壓大小,評價膜下土體裂隙發(fā)育程度對膜下氣場的影響。

        2 試驗結(jié)果分析

        2.1 裂隙發(fā)育程度的影響分析

        根據(jù)圖2可以得出裂隙度對氣泡產(chǎn)生過程和氣壓增加過程影響明顯。當裂隙度小于0.07%時,在相同試驗條件下,同時一時間,裂隙度越大,氣泡體積和氣泡氣壓越大,并在裂隙度為0.07%出現(xiàn)極值。當裂隙度超過0.07%時,氣泡時程曲線基本重合,表明裂隙度的繼續(xù)增大對氣泡產(chǎn)生過程影響較小。產(chǎn)生此種現(xiàn)象原因:首先引入浸潤面的概念,即土體水開始浸潤土體的平面,裂隙將土體分

        圖2 不同裂隙度條件下氣場評價指標隨時間變化曲線

        成兩部分,中間作為浸潤面,當裂隙度較小時,裂隙度的增大可以增加土體水有效入滲系數(shù),相同時間,將會有更多的水入滲到土體,驅(qū)趕更多的氣體至土體表面。當裂隙度大于0.07%時,浸潤面浸水能力不變,結(jié)果是裂隙度的繼續(xù)增大不會帶來土體水有效入滲系數(shù)的繼續(xù)增大,那么土體水驅(qū)趕氣體的速率也不會增大。試驗結(jié)果:當裂隙度大于0.07%時,氣泡時程曲線基本重合。

        3 結(jié)語

        膜下土體裂隙度對膜下氣場的影響:膜下土體裂隙度對膜下氣場影響明顯,在裂隙度小于0.07%時,膜下氣場隨著裂隙度的增加而增大;當裂隙度大于0.07%時,膜下氣場不在隨著裂隙的增大而變化。

        非飽和土體存在不同程度的裂隙,而裂隙對膜下氣場的影響很大,因此建議對膜下裂隙土體進行碾壓、灌漿等處理,減小裂隙程度,同時增加裂隙處排氣通道密度,減小膜下氣壓。

        [1]袁俊平,殷宗澤.膨脹土裂隙的量化指標與強度性質(zhì)研究[J].水利學報,2004(6):108-112.

        [2]宋克強,姚建文.考慮土內(nèi)氣壓勢的下滲水流數(shù)值模擬[J].水利學報,1996(11):57-58.

        TQ320

        B

        1002-0624(2017)06-0055-01

        2016-12-09

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