一種土石壩心墻水力劈裂和自愈合試驗(yàn)裝置及其試驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種水壩工程試驗(yàn)裝置及其試驗(yàn)方法，特別是一種土石壩心墻水力劈裂和自愈合試驗(yàn)裝置及其試驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]土石壩因具有適用條件廣、取材方便、施工便捷以及良好抗震性及經(jīng)濟(jì)性等諸多優(yōu)勢(shì)而廣泛的應(yīng)用。目前的大壩和水庫(kù)中，土石壩的數(shù)量占到現(xiàn)有大壩中的近90%以上，而粘土心墻壩在這其中占據(jù)了很大的比例。
[0003]由于施工質(zhì)量，特別是水力劈裂等原因，運(yùn)營(yíng)初期土石壩心墻往往會(huì)出現(xiàn)裂縫及裂縫擴(kuò)展的問(wèn)題，這大大破壞了心墻的整體性，可能導(dǎo)致局部滲透破壞或壩體整體失穩(wěn)，危及大壩的安全。然而，在工程中，絕大多數(shù)大壩運(yùn)營(yíng)都經(jīng)歷了大量蓄水、降水過(guò)程的循環(huán)，少見大壩因經(jīng)歷多次蓄水過(guò)程會(huì)造成壩體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性的降低甚至破壞的情況，已有文獻(xiàn)表明，水力劈裂常常發(fā)生在初次蓄水狀態(tài)。這些證據(jù)表明了大壩心墻內(nèi)的裂縫在一定的情況下具有某一特性，該特性可以使得裂縫處的抗水力劈裂能力變強(qiáng)，從而加強(qiáng)了壩體的強(qiáng)度，這就是裂縫的“愈合”能力，這對(duì)大壩的安全運(yùn)營(yíng)具有重大的意義。
[0004]然而，國(guó)內(nèi)外目前尚無(wú)很好的試驗(yàn)裝置來(lái)進(jìn)行心墻發(fā)生水力劈裂后裂縫擴(kuò)展與自愈合的試驗(yàn)研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明需要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種能模擬心墻迎水面的受力狀態(tài)和蓄水過(guò)程，能夠滿足發(fā)生水力劈裂的受力條件，并有專門的量測(cè)裝置，能夠判別水力劈裂的產(chǎn)生和試樣愈合情況的試驗(yàn)裝置及其試驗(yàn)方法。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種土石壩心墻水力劈裂和自愈合試驗(yàn)裝置及其試驗(yàn)方法，包括試樣桶、位于試樣桶底部的底座、蓋合在試樣桶上部的頂板，在底座和頂板之間設(shè)置有固定部件；所述試樣桶內(nèi)靠近頂板一側(cè)為水壓力室，靠近底座一側(cè)為反濾層，在水壓力室和反濾層之間設(shè)置有試樣層，試樣層與反濾層相互連接；所述頂板上具有進(jìn)水口和閉合出氣口，所述底座上具有出水口 ；所述進(jìn)水口處設(shè)置調(diào)節(jié)監(jiān)測(cè)充入水流壓力的水壓控制系統(tǒng)。
[0007]作為更進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述試樣桶內(nèi)設(shè)置有包裹水壓力室、反濾層和試樣層的乳膠膜包裹層，乳膠膜包裹層的兩端邊緣分別與試樣桶的兩端邊緣密封連接，穿過(guò)試樣桶側(cè)壁設(shè)置壓力進(jìn)氣口，乳膠膜包裹層與試樣桶的桶壁形成氣壓間隙；所述壓力進(jìn)氣口處設(shè)置調(diào)節(jié)監(jiān)測(cè)充入氣體壓力的氣壓控制系統(tǒng)。
[0008]作為更進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述固定部件為連接頂板和底座的螺桿，所述頂板和底座上具有調(diào)節(jié)螺桿的螺母。
[0009]作為更進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述試樣桶為具臺(tái)階的筒狀結(jié)構(gòu)，在試樣桶外圍設(shè)置環(huán)形的中間蓋板，所述中間蓋板的內(nèi)側(cè)端置于試樣桶的臺(tái)階面上，外側(cè)端螺栓固定在螺桿上。
[0010]作為更進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述試樣層上設(shè)置有用于防止水沖損壞的多孔板。
[0011]作為更進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述底座或頂板上設(shè)置有用于固定試樣桶端面的環(huán)形凹槽，在環(huán)形凹槽內(nèi)設(shè)置有密封圈。
[0012]一種土石壩心墻水力劈裂和自愈合試驗(yàn)裝置所產(chǎn)生的試驗(yàn)方法，包括以下步驟:
A.從進(jìn)水口向水壓力室內(nèi)注水，打開閉合出氣口，內(nèi)部氣體被排出；
B.當(dāng)水壓力室注滿水后，關(guān)閉閉合出氣口，繼續(xù)向水壓力室加壓注水，打開壓力進(jìn)氣口注氣，保持注入的空氣壓力始終大于水壓力室對(duì)乳膠膜包裹層的壓力；
C.觀察出水口，直至試樣層已發(fā)生水力劈裂，出水口有渾濁水流冒出，進(jìn)行水壓參數(shù)記錄;
D.調(diào)節(jié)向水壓力室注水水壓，繼續(xù)觀察出水口，記錄排水流量變化和水質(zhì)渾濁程度判斷試樣裂隙發(fā)生愈合的狀態(tài)和時(shí)間。
[0013]有益效果
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的一種土石壩心墻水力劈裂和自愈合試驗(yàn)裝置及其試驗(yàn)方法，在試樣桶內(nèi)設(shè)置水壓力室、試樣層和反濾層，通過(guò)往水壓力室內(nèi)注水，模擬水壩在河流蓄水環(huán)境進(jìn)行水力劈裂試驗(yàn)，對(duì)試樣層進(jìn)行沖擊和腐蝕，改變?cè)嚇由嫌蚊娴乃畨毫驮嚇拥膫?cè)向壓力大小來(lái)模擬試樣所受應(yīng)力，在底座的出水口處觀察是否有渾濁的水流出，從而判定查明滲流狀態(tài)以及判別劈裂現(xiàn)象是否產(chǎn)生；再降低試樣桶內(nèi)水壓力后，通過(guò)下游出水口的滲流速率來(lái)查明試樣的愈合能力，探明影響心墻裂縫擴(kuò)展再愈合的因素，并為實(shí)際工程提供技術(shù)指導(dǎo)。
[0014]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
1.采用本試驗(yàn)方法，造價(jià)低廉，容易實(shí)現(xiàn)，操作性強(qiáng)；
2.采用本試驗(yàn)方法能夠很好的模擬土石壩心墻實(shí)際工作中的受力狀態(tài)，接近實(shí)際情況，所得試驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠；
3.采用本方法，提高氣源的壓力以及試驗(yàn)裝置的承壓能力，可以模擬心墻不同深度的受力及滲透狀態(tài)，得到土石壩心墻不同部位的相關(guān)參數(shù)；
4.本方法中采用調(diào)節(jié)周圍壓力和滲透壓力的方法，能很好的模擬心墻初次蓄水過(guò)程，以及蓄水和泄水循環(huán)；可用來(lái)探明影響心墻裂縫擴(kuò)展再愈合的因素，并為實(shí)際工程提供技術(shù)指導(dǎo)。。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2的頂板不意圖；
其中，1-試樣桶，2-底座，21-出水口，3-頂板，31-進(jìn)水口，32-閉合出氣口，4-固定部件，5-水壓力室，6-反濾層，7-試樣層，8-乳膠膜包裹層，9-壓力進(jìn)氣口，10-螺母，11-中間蓋板，12-多孔板，13-環(huán)形凹槽，14-密封圈。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案。
[0017]如圖1所示，本發(fā)明的一種土石壩心墻水力劈裂和自愈合試驗(yàn)裝置及其試驗(yàn)方法，包括試樣桶1、位于試樣桶I底部的底座2、蓋合在試樣桶I上部的頂板3,在底座2和頂板3之間設(shè)置有固定部件4，固定部件4用于加強(qiáng)固定底座2和頂板3在試樣桶I上的穩(wěn)定性；所述試樣桶I內(nèi)靠近頂板3 —側(cè)為水壓力室5，靠近底座2—側(cè)為反濾層6，在水壓力室5和反濾層6之間設(shè)置有試樣層7，試樣層7即模擬心墻結(jié)構(gòu)的部分，試樣層7與反濾層6相互連接。
[0018]所述頂板3上具有進(jìn)水口 31和閉合出氣口 32，進(jìn)水口 31注水時(shí)，閉合出氣口 32放氣，所述底座2上具有出水口 21，出水口 21與進(jìn)水口 31形成水流循環(huán)，可以通過(guò)出水口21觀察是否有水流出，判斷反濾層6和試樣層7是否發(fā)生開裂，還可以通過(guò)流出水的渾濁情況判斷自愈發(fā)生的情況；所述進(jìn)水口 31處設(shè)置調(diào)節(jié)監(jiān)測(cè)充入水流壓力的水壓控制系統(tǒng)。
[0019]所述試