抽水蓄能电站堆石料渗透特性试验研究

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1、抽水蓄能电站堆石料渗透特性试验研究摘要：通过试验对某抽水蓄能电站堆石料中垫层料，过渡层料，反滤料渗透特性进行研究，得出其渗透系数和临界水头。并对堆石料渗流速度与水力坡降关系曲线中波动过程进行分析，确定不同堆石料出现波动过程的水头及原因。对反滤料试验用料回收并进行二次试验，并将其渗透特性与反滤料进行对比分析。关键词：堆石料渗透渗透变形0前言：堆石料是由岩石粉碎组成各种级配岩石碎块类集合体。研究堆石料的渗透系数，临界水头，渗透特性能够为大坝设计提供必要的依据。由于堆石料具有大小颗粒悬殊，组成分散，不均匀性大，性质复杂等特点目前将粒径5mm颗粒称为粗料，粒径<

2、5mm为细料。堆石料中粗料形成骨架，细料填充孔隙，填充愈密实，土体的孔隙愈小。孔隙的大小，直接关系到土体的渗透特性和渗透稳定性。本次试验主要对级配不同的堆石料进行渗透和渗透变形试验，得出水力坡降与渗流速度关系曲线，并分析细料含量对渗透特性的影响。1渗透试验1.1试验仪器与试验过程试验仪器是河海大学岩土所设计并委托加工的大型渗透仪。该仪器试样筒内径为303mm，高度为460mm，能够满足最大粒径为60mm的堆石料的试验要求。试样桶上下端分别与有自由出水口的水桶相连，水桶高度可以调节，从而可以给试样上下游提供0～360mm的水头差。在样桶中从下向上依次为透水铜板，

3、经过抽真空处理的土工布，试样，经过抽真空处理的土工布，透水铜板。铜板和土工布的作用类似于透水石和滤纸，能够保证水流通畅，同时土颗粒不被水流带出，不会阻塞铜板的孔。为防止水流沿光滑桶壁渗出，试验中制样先用凡士林涂抹桶壁。然后按照试样设计高度和设计密度将其分2～5层进行人工击实，保证试样的均匀性。装样后用蒸馏水从底部浸泡饱和。在试样充分饱后，铺好土工布和铜板，盖上渗透仪盖子，然后排气，使得上下游水头一样高，而且整个渗流路径密闭不含气泡。试验开始后逐步提高上下游水头差高度，每次提高1～2cm，每提高一级水头后等15～30分钟渗流稳定后再测定一定时间内的渗流量。每测5

4、～6组就可以确定渗透系数。20摄氏度下渗透系数计算公式如下：（1）为试样的渗透系数；为渗流量；为上下游水头差；为试样高度或为渗径长度；为试样面积；为时间；为温度校正系数。渗透变形所要求的上下游水头差比较大，当水头差到达一定高度后单位时间内渗水量急剧增大，水流出现浑浊，即宣告试样破坏。该水头差与试样高度的比值即为临界水力梯度。1.2试验坝料的颗粒组成与级配本次试验主要对垫层料，过渡料和反滤料进行渗透和渗透变形试验。垫层料采用开挖的新鲜微分化角砾凝灰岩，熔结角砾凝灰岩，沉凝灰岩，含砾晶屑熔结凝灰岩混合料人工轧制而成。最大粒径81mm，粒径小于5mm含量为30％～4

5、6％，粒径小于0.1mm含量为4％～8％，级配连续。过渡料采用新鲜微风化开挖混合料配制而成。最大粒径为400mm，粒径小于5mm含量为0％～23％，粒径小于0.1mm含量0％～5％，级配连续。反滤料采用开挖的新鲜微分化角砾凝灰岩，熔结角砾凝灰岩，沉凝灰岩，含砾晶屑熔结凝灰岩混合料人工轧制而成。最大粒径粒径30mm，粒径小于5mm含量为50％～85％，粒径小于0.1mm含量0％～5％，级配连续。表1堆石替代料级配Table1Gradationoftherockfillforexperiment石料干密度粒组（mm）及粒组含量（％）60~4040~2020~101

6、0~5<5垫层料2.181820131234.8过渡层料2.0921.930.72114.911.5反滤料2.120014.516.668.92试验成果分析2.1试验结果分析表2堆石料渗透和渗透变形试验结果Table2Resultsofseepagetestsforrockfill石料密度g/cm3试样长度cm渗透系数cm/s临界水力梯度垫层料2.18200.00251.40垫层料2.18200.00201.25过渡层料2.09200.0137过渡层料2.09200.0152反滤料2.12200.00111.65反滤料2.12200.00121.60反滤

7、料22.12200.00020注：表中相同石料为平行试验；反滤料2是利用反滤料渗透试验用过的堆石料重新晒干，按照与表1中反滤料相同的密度和级配进行二次试验。图1垫层料水力梯度与渗流速度关系Fig.1Relationshipbetal>图2过渡料水力坡降与渗流速度的关系Fig.2Relationshipbetalstyle="TEXT-ALIGN:center"align=center>如图1所示垫层料渗透坡降与渗透速度之间关系基本成线性关系，符合达西定律。但当水力坡降在1.0～1.2之间时，渗透速度随着水力坡降的增大反而减小。在水力坡降超过1.2之后，渗透速度

8、又随着水力坡降增大而急剧增大，并很快达