一种针对深厚覆盖层土石围堰渗漏快速修复方法

1.本发明涉及围堰渗漏快速修复技术领域，具体为一种针对深厚覆盖层土石围堰渗漏快速修复方法。


背景技术：

2.围堰是指在水利枢纽建设中，修建的临时性围护结构。其作用是防止水和土进入建筑物的修建位置，以便在围堰内排水、开挖基坑、修筑建筑物等。如三峡二期深水高土石围堰、大渡河上游围堰等。伴随着水利工程建设的迅猛发展，围堰建设也越来越受重视。围堰的安全非常重要，其不仅关系到工程总体进度和工程质量，甚至涉及下游的安全问题。近年来，随着水利水电工程建设的重心进一步向西南地区转移，深厚覆盖层的问题格外突出，金沙江、雅砻江、大渡河等流域在建和即将建设的大型水电工程，大都建在厚达几十米到几百米深厚覆盖层上。如乌东德坝址处覆盖层厚达60m，白鹤滩覆盖层厚达59m。
3.一般在水流湍急的河流中，通常采用土石围堰进行导流。土石围堰主要由土石填筑即主体工程开挖后的施工弃料填筑而成，取材方便，故深受工程建设青睐。但是由于天然条件下覆盖层的分布具有随机性，地质条件复杂，故处理深厚覆盖层作为地基承载体施工难度大；另外，围堰体的填筑材料一般是山体或基坑开挖的废弃料，材料力学性能与级配均较差，加之堰体的抛填分为水下与水上抛填，故存在碾压不均匀等问题。因此围堰工程尤其是深厚覆盖层土石围堰工程往往存在渗漏问题。
4.目前针对围堰的渗漏，大多采取堰前灌注水泥浆或回填黏土等方式。但这些方法均存在一定的不足，灌注水泥浆处理时由于灌入的水泥浆流动性大、颗粒较为均匀，易被水流带出导致难以成形，同时深厚覆盖层的存在使得钻孔施工难度大大提升；黏土回填往往需要碾压处理，对于水下碾压其技术难度大，碾压质量难以保证，故均难以取得较好的治理效果，而且，二者的经济成本高、施工周期长。因此，亟需一种针对深厚覆盖层复杂地质条件下围堰渗漏有效封堵的方法，以解决上述问题。


技术实现要素：

5.本发明意在提供一种针对深厚覆盖层土石围堰渗漏快速修复方法，以解决现有技术对深厚覆盖层封堵施工难、质量不均匀、经济成本高和施工周期长的问题。
6.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种针对深厚覆盖层土石围堰渗漏快速修复方法，包括以下步骤：
8.s1：对围堰边坡的渗漏区域进行清理，在渗漏区域埋设传感器，传感器包括流速传感器和孔压传感器；
9.s2：在围堰边坡的顶端布置微型计算机作为控制端，微型计算机控制流速传感器和孔压传感器进行数据采集，并通过物联网路由器为控制设备提供网络以上传数据，实现数据的远程实时采集；
10.s3：在围堰边坡的渗漏区域布置土工织物，以避免新填入的填筑颗粒被水流带走；
11.s4：根据围堰修筑材料的颗粒组成成分参数，选择相匹配粒径的填筑颗粒材料进行填筑；
12.s5：先在土工织物上填筑粗颗粒材料，保证填筑的细颗粒材料不被带出，当流速大于0.1m/s采用粗颗粒进行填充，当流速介于0.1m/s～0.05m/s时采用中颗粒填充，当流速小于0.05m/s时采用细颗粒进行填充；
13.s6：利用流速传感器和孔压传感器分别采集数据，微型计算机分析判断孔隙压力与孔隙流速的变化趋势；
14.s7：通过填筑过程中孔隙流速与孔隙压力的变化情况，对s5中填筑颗粒顺序进行实时调整；
15.s8：采用调整后的颗粒进行填筑；
16.s9：重复s7和s8，直至孔隙流速减小至满足施工要求。
17.进一步地，在s4中，围堰修筑材料的颗粒组成成分参数包括颗粒不均匀系数cu和曲率系数cc；颗粒不均匀系数cu的计算模型为：
[0018][0019]
曲率系数cc的计算模型为：
[0020][0021]
式中：在土的粒径累计曲线上，d
10
为原筑坝材料过筛重量占10％的粒径，d
60
为原筑坝材料过筛重量占60％的粒径，d
30
为原筑坝材料过筛重量占30％的粒径；
[0022]
其中，颗粒不均匀系数cu是判断颗粒级配是否良好的重要指标之一，cu小于5的土称为匀粒土，表明颗粒组成中细颗粒占比较大，级配不良，选择填筑的颗粒材料不应小于实际筑坝材料中的d
10
粒径，此时控制曲率系数cc介于1～3；
[0023]
cu越大，表示颗粒组成分布越广，cu大于10的土级配良好，但cu过大，表示可能缺失中间粒径，属不连续级配，还需考虑曲率系数cc，当不均系数大于等于5，曲率系数cc在1至3之间时为良好级配，不同时满足上述两条件为不良级配。
[0024]
进一步地，在s5中，孔隙流速于孔隙率相关，其关系模型为：
[0025][0026]
式中：v为孔隙流速；δp压力差；η为液体动力粘滞系数；l为渗径；λ为修正系数，取值范围为100～200；e为孔隙率，通过调整填充颗粒级配以减小孔隙率，当流速大于0.1m/s采用粗颗粒进行填充，当流速介于0.1m/s～0.05m/s时采用中颗粒填充，当流速小于0.05m/s时采用细颗粒进行填充；
[0027]
粗颗粒为粒径大于0.5mm的颗粒质量超过总质量50％，中颗粒为粒径大于0.25mm的颗粒质量超过总质量50％，细颗粒为粒径大于0.075mm的颗粒质量超过总质量85％。
[0028]
进一步地，在s7中，在s5中先以粗颗粒为主进行填筑，根据s6的分析判断孔隙压力差与孔隙流速的变化，调整填筑的顺序，若孔隙压力差与孔隙流速减小，则调整为中颗粒进行填筑，若孔隙压力差与孔隙流速增大，则调整为细颗粒进行填筑。
[0029]
技术方案的原理及有益效果是：
[0030]
采用动态流速传感器和动态孔压传感器等元器件对发生集中渗漏区域进行动态采集，同时通过物联网技术将采集数据上传至远端，实现数据的实时远程监测，从而获取孔隙压力与渗流流速的相关关系；该方法考虑了渗流作用下进行封堵填筑时的孔隙压力变化过程及分布情况，采用与其孔隙特征相匹配的散粒材料，通过确定填料孔隙分布与填筑厚度的变化关系，对集中渗漏带进行分层填筑；填筑过程由下至上，由粗到细；为了避免填筑过程中细颗粒被水流带出，根据孔隙流速与孔隙压力的变化，对填筑材料的颗粒组成进行实时调整，并选择每次调整后的粗颗粒进行填筑；由于每次填筑过程孔隙逐渐减小，所以调整后的粒径组成较调整前均相对减小，从而减小填料孔隙起到防渗的作用，有效避免了填料中因细颗粒被迅速带出，解决了现有技术对深厚覆盖层封堵施工难、质量不均匀、经济成本高和施工周期长的问题，便于推广使用。
附图说明
[0031]
图1为利用本发明一种针对深厚覆盖层土石围堰渗漏快速修复方法的填筑效果图；
[0032]
图2为本发明一种针对深厚覆盖层土石围堰渗漏快速修复方法孔隙流速小于0.05m/s时的粗颗粒级配曲线图；
[0033]
图3为本发明一种针对深厚覆盖层土石围堰渗漏快速修复方法孔隙流速小于0.05m/s时的颗粒级配曲线图；
[0034]
图4为本发明一种针对深厚覆盖层土石围堰渗漏快速修复方法孔隙流速小于0.05m/s时的细颗粒级配曲线图；
[0035]
附图中的对应标记的名称为：
[0036]
围堰边坡1、微型计算机2、传感器3、土工织物4、填筑颗粒5。
具体实施方式
[0037]
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：
[0038]
如图1至图4所示，一种针对深厚覆盖层土石围堰渗漏快速修复方法，包括以下步骤：
[0039]
s1：对围堰边坡1的渗漏区域进行清理，在渗漏区域埋设传感器3，传感器3包括流速传感器和孔压传感器；
[0040]
s2：在围堰边坡1的顶端布置微型计算机2作为控制端，微型计算机2控制流速传感器和孔压传感器进行数据采集，并通过物联网路由器为控制设备提供网络以上传数据，实现数据的远程实时采集；
[0041]
s3：在围堰边坡1的渗漏区域布置土工织物4，以避免新填入的填筑颗粒5被水流带走；
[0042]
s4：根据围堰修筑材料的颗粒组成成分参数，选择相匹配粒径的填筑颗粒5材料进行填筑；其中，围堰修筑材料的颗粒组成成分参数包括颗粒不均匀系数cu和曲率系数cc；颗粒不均匀系数cu的计算模型为：
[0043]
[0044]
曲率系数cc的计算模型为：
[0045][0046]
式中：在土的粒径累计曲线上，d
10
为原筑坝材料过筛重量占10％的粒径，d
60
为原筑坝材料过筛重量占60％的粒径，d
30
为原筑坝材料过筛重量占30％的粒径；
[0047]
cu小于5的土称为匀粒土，表明颗粒组成中细颗粒占比较大，级配不良，选择填筑的颗粒材料不应小于实际筑坝材料中的d
10
粒径，此时控制曲率系数cc介于1～3；
[0048]
cu大于10的土级配良好，但cu过大，表示可能缺失中间粒径，属不连续级配，还需考虑曲率系数cc，当不均系数大于等于5，曲率系数cc在1至3之间时为良好级配，不同时满足上述两条件为不良级配；
[0049]
s5：先在土工织物上填筑粗颗粒材料，保证填筑的细颗粒材料不被带出，当流速大于0.1m/s采用粗颗粒进行填充，当流速介于0.1m/s～0.05m/s时采用中颗粒填充，当流速小于0.05m/s时采用细颗粒进行填充，其中，孔隙流速于孔隙率相关，其关系模型为：
[0050][0051]
式中：v为孔隙流速；δp压力差；η为液体动力粘滞系数；l为渗径；λ为修正系数，取值范围为100～200；e为孔隙率，通过调整填充颗粒级配以减小孔隙率，当流速大于0.1m/s采用粗颗粒进行填充，当流速介于0.1m/s～0.05m/s时采用中颗粒填充，当流速小于0.05m/s时采用细颗粒进行填充；
[0052]
粗颗粒为粒径大于0.5mm的颗粒质量超过总质量50％，中颗粒为粒径大于0.25mm的颗粒质量超过总质量50％，细颗粒为粒径大于0.075mm的颗粒质量超过总质量85％。
[0053]
s6：利用流速传感器和孔压传感器分别采集数据，微型计算机2分析判断孔隙压力与孔隙流速的变化趋势；
[0054]
s7：通过填筑过程中孔隙流速与孔隙压力的变化情况，对s5中填筑颗粒5顺序进行实时调整，其中，在s5中先以粗颗粒为主进行填筑，根据s6的分析判断孔隙压力差与孔隙流速的变化，调整填筑的顺序，若孔隙压力差与孔隙流速减小，则调整为中颗粒进行填筑，若孔隙压力差与孔隙流速增大，则调整为细颗粒进行填筑；
[0055]
s8：采用调整后的颗粒进行填筑；
[0056]
s9：重复s7和s8，直至孔隙流速减小至满足施工要求。
[0057]
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。