一种计算心墙堆石坝掺砾黏土心墙料渗透系数、评估渗流安全的方法技术

本发明专利技术公开了一种计算心墙堆石坝掺砾黏土心墙料渗透系数和评估心墙堆石坝渗流安全的方法，对待评估心墙堆石坝进行现场取样抽检，对其中少量抽检点样品测定饱和渗透系数k

【技术实现步骤摘要】
一种计算心墙堆石坝掺砾黏土心墙料渗透系数、评估渗流安全的方法


[0001]本专利技术涉及心墙堆石坝
，具体涉及一种计算掺砾黏土心墙料渗透系数、评估心墙堆石坝渗流安全的方法。

技术介绍

[0002]掺砾黏土心墙料是掺砾黏土心墙堆石坝的心墙填筑料，也是决定了大坝能否有效承担坝前水头的关键防渗土料。作为一种混合堆积的非连续孔隙介质，掺砾黏土心墙料在工程中一般由黏土料与砾石土料掺配而成，是一种兼具大粒径砾石、细颗粒粉黏土的特殊工程岩土体，常呈现出渗透差异大、均匀性差异大等特征。掺砾黏土心墙料对掺砾黏土心墙堆石坝的渗流安全影响巨大，相关渗透特性与掺和质量的科学、快速评价是保障掺砾黏土心墙堆石坝平稳运行的重中之重。
[0003]考虑到土石坝现场开展试验所耗费的大量人力物力以及对施工的影响，本领域现有的技术大多是在现场取样并在实验室内进行级配、压实度、渗透系数等基本指标的测定，通过将测定的基本指标数值和阈值进行对比，判定填筑用掺砾黏土心墙料是否合格，但未从大量的试验数据中提炼掺砾黏土心墙料各项渗透参数之间的数学关系式，相关研究成果仅直接服务于所研究的单个工程，其定性化的研究表述导致难以在其他类似工程中进行推广应用。
[0004]另外，针对掺砾黏土心墙料这一关键土石材料渗透系数变化规律的研究极为有限，鉴于其相对特殊的工程级配特质，尚未形成严格的推导理论和成熟的经验数据，掺砾黏土心墙料的渗透系数只能依靠大量的原位、室内试验进行取值，使得耗费工期加长、测试流程复杂，从而抬高了建设成本，并增加了大坝建成后评价其安全性状的难度。
[0005]因此，亟需提出一种能够科学、便捷计算掺砾黏土心墙料渗透系数、评估心墙坝渗流安全的新技术，通过由基本参数推导目标参数的数学关系式，弥补对掺砾黏土心墙料渗透特性认识的不足。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是针对现有技术中缺乏掺砾黏土心墙料渗透参数的数学关系式，相关研究成果仅服务于所研究的单个工程的技术问题，而提出一种计算掺砾黏土心墙料渗透系数、评估堆石坝渗流安全的方法，构造出该堆石坝掺砾黏土心墙料渗透系数数学表达式，可快速对该掺砾黏土心墙堆石坝的渗流安全进行评估，可缩减工期、大幅减少对测试的依赖，有效节约建设开支。
[0007]本专利技术的上述目的是通过以下技术方案实现的：
[0008]一种计算掺砾黏土心墙料渗透系数的方法，包括以下步骤：
[0009]步骤1：在待评估心墙堆石坝填筑掺砾黏土心墙料的区域，选择施工控制点位，在每个施工控制点位分别进行取样和原位测试，原位测试测定出每个施工控制点位的掺砾黏
土心墙料的天然密度ρ、掺砾量P
>5
、细粒含量P
<0.075
的数值；
[0010]其中ρ的单位为g/cm3；掺砾量P
>5
沿用工程定义，即粒径大于5mm的颗粒在掺砾黏土心墙料的含量，P
>5
的单位为％；细粒含量P
<0.075
即粒径小于0.075mm的颗粒在掺砾黏土心墙料的含量，P
<0.075
的单位为％。
[0011]原位测试方法包括灌水法、筛分法等，具体测定方法都属于现有技术，在此不再赘述。
[0012]步骤2：分别对步骤1中取得的样品进行测定，得到所有样品的比重G
s
，选择部分样品测定其饱和渗透系数k
sat
，G
s
为无量纲数，k
sat
的单位为cm/s；
[0013]步骤3：由掺砾量P
>5
、细粒含量P
<0.075
的数值划分每个样品的砾石组分与黏土组分，计算每个样品的砾石组分特征粒径D
e
，其中D
e
的单位为mm；
[0014]步骤4：由天然密度ρ与比重G
s
计算得到每个样品土体孔隙比n的数值，其中n为无量纲数；
[0015]步骤5：由砾石组分特征粒径D
e
、孔隙比n，计算每个样品砾石组分渗透系数k
G
、黏土组分渗透系数k
C
，其中k
G
、k
C
的单位为cm/s；
[0016]k
G
＝ρ
w
×
g
×
n3×
D
e2
/(C
k
×
μ
w
×
(1
‑
n)2)
[0017]k
C
＝g
×
n3/(5
×
S
02
×
(1
‑
n)2×
104)
[0018]其中，k
G
、k
C
的单位为cm/s；ρ
w
为液体密度，单位是kg/m3，g为重力加速度，单位是m/s2，μ
w
为液体(水)在20℃时的动力黏滞系数，单位是Pa
×
s，C
k
为分选系数，为无量纲数；S0为比表面积，单位是m2/g。
[0019]步骤6：由掺砾量P
>5
、砾石组分渗透系数k
G
、黏土组分渗透系数k
C
计算每个样品掺砾黏土心墙料平行排列渗透系数k
CG
‑
p
、掺砾黏土心墙料并列排列渗透系数k
CG
‑
s
，计算公式如下：
[0020]k
CG
‑
p
＝P
>5
×
k
G
+(100
‑
P
>5
)/100
×
k
C
[0021]k
CG
‑
s
＝k
G
×
k
C
/(P
>5
×
k
G
+(100
‑
P
>5
)/100
×
k
C
)
[0022]其中，k
CG
‑
p
、k
CG
‑
s
的单位为cm/s，掺砾量P
>5
即粒径大于5mm的颗粒在掺砾黏土心墙料的含量，P
>5
的单位为％；
[0023]步骤7：由每个样品的掺砾黏土心墙料平行排列渗透系数k
CG
‑
p
、掺砾黏土心墙料并列排列渗透系数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种计算心墙堆石坝掺砾黏土心墙料渗透系数的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：在待评估心墙堆石坝填筑掺砾黏土心墙料的区域，选择施工控制点位，在每个施工控制点位分别进行取样和原位测试，原位测试测定出每个施工控制点位的掺砾黏土心墙料的天然密度ρ、掺砾量P
>5
、细粒含量P
<0.075
的数值；步骤2：分别对步骤1中取得的样品进行测定，得到所有样品的比重G
s
，选择部分样品测定其饱和渗透系数k
sat
；步骤3：由掺砾量P
>5
、细粒含量P
<0.075
的数值划分每个样品的砾石组分与黏土组分，计算每个样品的砾石组分特征粒径D
e
；步骤4：由天然密度ρ与比重G
s
计算得到每个样品土体孔隙比n的数值；步骤5：由砾石组分特征粒径D
e
、孔隙比n，计算每个样品砾石组分渗透系数k
G
、黏土组分渗透系数k
C
：步骤6：由掺砾量P
>5
、砾石组分渗透系数k
G
、黏土组分渗透系数k
C
计算每个样品掺砾黏土心墙料平行排列渗透系数k
CG
‑
p
、掺砾黏土心墙料并列排列渗透系数k
CG
‑
s
，计算公式如下：k
CG
‑
p
＝P
>5
×
k
G
+(100
‑
P
>5
)/100
×
k
C
k
CG
‑
s
＝k
G
×
k
C
/(P
>5
×
k
G
+(100
‑
P
>5
)/100
×
k
C
)其中，k
CG
‑
p
、k
CG
‑
s
的单位为cm/s，掺砾量P
>5
即粒径大于5mm的颗粒在掺砾黏土心墙料的含量，P
>5
的单位为％；步骤7：由每个样品的掺砾黏土心墙料平行排列渗透系数k
CG
‑
p
、掺砾黏土心墙料并列排列渗透系数k
CG
‑
s
计算该样品的掺砾黏土料渗透系数k
CG
，计算公式如下：k
CG
＝α
×
k
CG
‑
s...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈澄昊，陈生水，唐译，凌华，梅世昂，霍家平，傅中志，钟启明，吉恩跃，万程炜，徐思远，张贤，张庭瑞，阎志坤，张意江，韩少阳，徐卫卫，邓曌，沈光泽，石北啸，钱彬，任杰，
申请(专利权)人：水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院，
类型：发明
国别省市：