专利名称：大型高压圆筒渗透的仿真装置及方法
技术领域：
本发明涉及水工建筑物挡水结构中构造自反滤式防渗系统，特别涉及该防渗系统的大型高压圆筒渗透的仿真装置及其仿真方法。
背景技术：
申请人:研发了一种适用于水工建筑物挡水结构中的自反滤式防渗系统，设置在挡水结构前的基岩或覆盖层上，由下至上依次包括垫层、滤层和粉粒料 层，其中垫层从下至上由堆石垫层和细砂垫层组成，滤层由无纺布制成，粉粒料层由渗透系数小于10_4cm/s的无粘性材料组成，该系统铺设在水工建筑物挡水结构如混凝土坝踵至坝前I. 5至2. O倍坝高处的范围内。但是，该防渗系统有效性还需要相应的仿真装置及方法进行验证。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种验证水工建筑物挡水结构自反滤式防渗系统可靠性的大型高压圆筒渗透的仿真装置。解决上述问题的技术方案是这种大型高压圆筒渗透的仿真装置，包括从上到下的第一段、第二段、第三段、第四段圆筒，第一段圆筒上方罩有密封盖，相邻圆筒之间及第一段圆筒和密封盖之间均通过螺钉连接，圆筒内从下到上依次放置带缝混凝土结构层、砂砾料垫层、无纺布层、粉煤灰层、保护层，电机驱动的柱塞泵的一端通过液压溢流阀连接到密封盖上的注水口，柱塞泵的另一端通过进水管与储水箱相连，排水管的两端分别连接砂砾料垫层和储水箱，在液压溢流阀上、密封盖上、粉煤灰层的上部、粉煤灰层的下部、带缝混凝土结构层的缝上分别设有第一、第二、第三、第四、第五测压表。由于该仿真装置的圆筒内从下到上依次放置带缝混凝土结构层、砂砾料垫层、无纺布层、粉煤灰层、保护层，并在各个位置设置测压表，所以这种装置能够真实模拟水工建筑物挡水结构前自反滤式防渗系统的工作状态，可以验证其防渗效果的可靠性。同时，该发明还提供了大型高压圆筒渗透的仿真方法，包括以下步骤⑴原材料的性能测试和初选，原材料包括砂砾料、无纺布、粉煤灰；⑵仿真装置的安装与调试；⑶浇筑混凝土，并预设用于模拟基岩裂缝的裂缝，形成带缝结构；⑷在带缝结构上面铺设砂砾料垫层，再铺设已浸水排气的无纺布，并用黄土做成的泥土封闭无纺布与圆筒内壁的接触部位；(5)分层湿填粉煤灰；(6)封盖、排气、饱和试样封盖后打开排气阀，从上往下加水，同时用真空泵将饱和试样抽真空；(7)加压待试样饱和后开始加压，打开排气阀，待有水流出后关闭，最大压力加至
3.OMPa,并测试第一至第五测压表的水压力和渗漏量。采用这种方法，可以验证以上装置防渗效果的可靠性。
图I是根据本发明的大型高压圆筒渗透的仿真装置的结构示意图。
具体实施例方式如图I所示，这种大型高压圆筒渗透的仿真装置，其包括从上到下的第一段、第二段、第三段、第四段圆筒，第一段圆筒上方罩有密封盖10，相邻圆筒之间及第一段圆筒和密封盖之间均通过螺钉连接，圆筒内从下到上依次放置带缝结构如带裂缝的混凝土层I、砂砾料垫层2、无纺布层3、粉煤灰层4、保护层5，电机6驱动的柱塞泵7的一端通过液压溢流阀8连接到密封盖上的注水口 9，柱塞泵的另一端通过进水管11与储水箱12相连，排水管13的两端分别连接砂砾料垫层2和储水箱12，在液压溢流阀8上、密封盖10上、粉煤灰层4的上部、粉煤灰层4的下部、带缝混凝土结构层I的缝上分别设有第一、第二、第三、第四、第五测压表 14、15、16、17、18。 由于该仿真装置的圆筒内从下到上依次放置带缝结构、砂砾料垫层、无纺布层、粉煤灰层、保护层，并在各个位置设置测压表，所以这种装置能够真实模拟自反滤式防渗系统的工作状态，以便验证其防渗效果的可靠性。优选地，所述每段圆筒是厚度10mm、内径500mm的钢筒。优选地，电机还配有变频器19。优选地，相邻圆筒之间设有橡胶垫。优选地，密封盖上设有排气阀20。还提供了大型高压圆筒渗透的仿真方法，包括以下步骤⑴原材料的性能测试和初选，原材料包括砂砾料、无纺布、粉煤灰；⑵仿真装置的安装与调试；⑶浇筑混凝土，并预设用于模拟基岩裂缝的裂缝，形成带缝结构；⑷在带缝结构上面铺设砂砾料垫层，再铺设已浸水排气的无纺布，并用黄土做成的泥土封闭无纺布与圆筒内壁的接触部位；(5)分层湿填粉煤灰；(6)封盖、排气、饱和试样封盖后打开排气阀，从上往下加水，同时用真空泵将饱和试样抽真空；(7)加压待试样饱和后开始加压，打开排气阀，待有水流出后关闭，最大压力，可加至3. OMPa,并测试第一至第五测压表的水压力和渗漏量。采用这种方法，可以验证以上装置的防渗效果好坏。优选地，步骤(3)中的裂缝宽可至2cm，缝长可至35cm。优选地，步骤(4)中的无纺布被剪成圆形，直径为500mm。优选地，步骤(5)中根据每层湿填粉煤灰的体积，称出所需粉煤灰的重量，然后将粉煤灰用击实锤击实。下面给出一个优选的实施例该装置采用40mm厚、内径500mm的钢筒制成，圆筒由A、B、C、D四段组成，圆筒与圆筒之间采用16根Φ24_的螺栓固定，中间设有橡胶垫，筒壁布置有水压力测点，外连测压表，工作压力可达3. OMPa (试验过程中瞬间压力曾达到3.5MPa)。高压水采用柱塞泵供应，电机配有变频器，与液压溢流阀联合控制水压。泵额定压力为4. OMPa0仿真方法的步骤如下⑴原材料性能测试和初选，包括防渗材料(粉煤灰)和滤层材料(无纺布)。⑵试验设备研制、安装与调试。⑶浇筑混凝土，并预设裂缝(裂缝平均宽15mm，缝最宽处达20mm，最窄处12mm，缝长35cm)，用于模拟基岩裂缝。⑷在混凝土面上铺设垫层，再铺设已浸水排气的无纺布，无纺布被剪成圆形，直径 约500mm,并用黄土做成的泥土封闭无纺布与圆筒内壁的接触部位。(5)分层湿填粉煤灰。根据粉煤灰最大干密度与最优含水量之间的关系，分层湿填粉煤灰(试验过程中每次填筑2. 5cm)。每层粉煤灰湿填的具体方法如下根据每层湿填粉煤灰的体积，称出所需粉煤灰的重量(以90%最大干密度控制)，然后将粉煤灰用击实锤击实。(6)封盖、排气、饱和试样。封盖后打开设在高压圆筒渗透仪顶部的排气阀，从上往下加水，同时用真空泵抽真空饱和试样。(7)加压。待试样饱和后开始加压，打开测压表连接管上设置的排气阀，待有水流出后关闭，最大压力加至3. OMPa，并测试各测压表水压力和渗漏量。以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案的保护范围。
权利要求
1.大型高压圆筒渗透的仿真装置，其特征在于包括从上到下的第一段、第二段、第三段、第四段圆筒，第一段圆筒上方罩有密封盖(10)，相邻圆筒之间及第一段圆筒和密封盖之间均通过螺钉连接，圆筒内从下到上依次放置带缝结构混凝土层(I)、砂砾料垫层(2)、无纺布层(3)、粉煤灰层(4)、保护层(5)，电机(6)驱动的柱塞泵(7)的一端通过液压溢流阀(8)连接到密封盖上的注水口(9)，柱塞泵的另一端通过进水管(11)与储水箱(12)相连，排水管(13)的两端分别连接砂砾料垫层(2)、储水箱(12)，在液压溢流阀(8)上、密封盖(10)上、粉煤灰层(4)的上部、粉煤灰层的下部、带缝混凝土结构层(I)的缝上分别设有第一、第二、第三、第四、第五测压表(14、15、16、17、18)。
2.根据权利要求I所述的大型高压圆筒渗透的仿真装置，其特征在于所述每段圆筒是厚度10mm、内径500mm的钢筒。
3.根据权利要求I或2所述的大型高压圆筒渗透的仿真装置，其特征在于电机还配有变频器(19)。
4.根据权利要求I所述的大型高压圆筒渗透的仿真装置，其特征在于相邻圆筒之间设有橡胶垫。
5.根据权利要求I所述的大型高压圆筒渗透的仿真装置，其特征在于密封盖上设有排气阀(20)。
6.大型高压圆筒渗透的仿真方法，其特征在于包括以下步骤 (I)原材料的性能测试和初选，原材料包括砂砾料、无纺布、粉煤灰； ⑵仿真装置的安装与调试； ⑶浇筑混凝土，并预设用于模拟基岩裂缝的裂缝，形成带缝结构； ⑷在带缝结构上面铺设砂砾料垫层，再铺设已浸水排气的无纺布，并用黄土做成的泥土封闭无纺布与圆筒内壁的接触部位； (5)分层湿填粉煤灰； (6)封盖、排气、饱和试样封盖后打开排气阀,从上往下加水，同时用真空泵将饱和试样抽真空； (7)加压待试样饱和后开始加压，打开排气阀，待有水流出后关闭，最大压力加至3.OMPa,并测试第一至第五测压表的水压力和渗漏量。
7.根据权利要求6所述的大型高压圆筒渗透的仿真方法，其特征在于步骤(3)中的裂缝宽可至2cm,长可至35cm。
8.根据权利要求7所述的大型高压圆筒渗透的仿真方法，其特征在于步骤(4)中的无纺布被剪成圆形，直径为500mm。
9.根据权利要求8所述的大型高压圆筒渗透的仿真方法，其特征在于步骤(5)中根据每层湿填粉煤灰的体积，称出所需粉煤灰的重量，然后将粉煤灰用击实锤击实。
全文摘要
公开了一种验证水工建筑物挡水结构中自反滤式防渗系统可靠性的大型高压圆筒渗透的仿真装置，和利用该装置进行仿真的方法。仿真装置包括从上到下的第一段、第二段、第三段、第四段圆筒，第一段圆筒上方罩有密封盖，相邻圆筒之间及第一段圆筒和密封盖之间均通过螺钉连接并设有橡胶垫。圆筒内从下到上依次放置带缝混凝土结构层、砂砾料垫层、无纺布层、粉煤灰层、保护层，电机驱动的柱塞泵的一端通过液压溢流阀连接到密封盖上的注水口，另一端通过进水管与储水箱相连，排水管的两端分别连接砂砾料垫层和储水箱，在液压溢流阀上、密封盖上、粉煤灰层的上部、粉煤灰层的下部、带缝混凝土结构层的裂缝上分别设有第一、第二、第三、第四、第五测压表。
文档编号E02B1/02GK102839628SQ20121032762
公开日2012年12月26日 申请日期2012年9月6日 优先权日2012年9月6日
发明者李新宇, 徐耀, 赵春, 其他发明人请求不公开姓名 申请人:中国水利水电科学研究院