碾压混凝土坝防渗体设计的相关试验研究.pdf
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1、第 3 6 卷第 1 0 期 2 0 1 0 年 1 0 月 水 力 发 电 碾 压 混 凝 土 坝 防 渗 体 设 H- 的 相 关 试 验 研 究 黄蓓 ,王育江 ,钱春香 ( 1 东南大学材料学院 ,江苏南京2 1 1 1 8 9 ; 2 江苏省土木工程材料重点实验 室,江苏南京 2 1 1 1 8 9 ) 摘 要 :通 过研 究碾压混凝土坝 防渗 体的渗流规律及 拉应力对其 渗透性 的影 响 ,从大坝 防渗结构 的抗 渗性分析 出 发 采用 自行设计 的试验装置 ,测定 了大坝二级配混凝土在不同拉应力下的渗透性 。试验结果表明 :大坝二级 配混 凝 土的启动压力梯度 比普通混凝土要小
2、;在结构设计中可以近似地用线性 D a r c y定律进行设计分析 ;在考虑拉应 力 条件下 ,可以在原有设计抗渗等级 的基础上增加一个等级 。 关键 词 :碾 压 混 凝 土 ;二 级 配 混 凝 土 ;防渗 体 设 计 ;耐 久性 ; Da r e y定 律 Exp e r i n m e nt a l St udy o n t he I m p e r vi ou s Bo dy De s i gn o f Rol l e r Co mpac t e d Co nc r e t e Da m H u a n g B e i ; Wa n g Y u j i a n g ; Q a n C
3、 h u n x i a n g ( 1 S c h o o l o f Ma t e ri a l s S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g , S o u t h e a s t Un i v e r s i t y , Na n j i n g J i a n g s u 2 1 1 1 8 9 ; 2 J i a n g s u K e y L a b o n C i v i l E n g i n e e ri n g M a t e r i a l s , N a n j i n g J i a n g s u 2 1 1 1 8 9
4、) Abs t r ac t :By s t u dy i n g t h e s e e pa ge l a w o f i mpe r v i o us b o d y o f RCC da m a n d t he i n flue n c e s o f t e ns i l e s t r e s s o n pe r me a b i l i t y ,a t e s t d e v i c e wa s d e s i g n e d f o r s t u d i n g t h e p e r me a b i l i t y o f s e c o n d- g r a d
5、 e d c o n c r e t e wi t h r i c h p l a s t i c ma t e r i a l u n d e r d i f f e r e n t t e n s i l e s t r e s s T h e e x p e rime n t a l r e s u l t s s h o w t h a t t h e i n i t i a t i n g p r e s s u r e g r a d i e n t o f s e c o n d - g r a d e d c o n c r e t e i s s ma l l e r t h
6、 a n t h a t o f o r d i n a r y c o n c r e t e , t h e l i n e a r Da r e y S l a w c a n b e a p p r o x i ma t e l y u s e d f o r t h e s t r u c t u r a l a n a l y s i s i n t h e d e s i g n , a n d t h e d e s i g n e d p e r me a b i l i t y l e v e l s h o u l d b e i n c r e a s e d b y
7、t w o d e g r e e s i n c o n s i d e ri n g t h e t e n s i l e s t r e s s c o n d i t i o n s Ke y W o r ds :RCC;s e c o n d- g r a de d c o n c r e t e;p e r me a bi l i t y de s i g n;d ur a b i l i t y ;Da r c y S La w 中图分类号 : T V 6 4 2 文献标识码 : A 文章编号 : 0 5 5 9 9 3 4 2 ( 2 0 1 0 ) 1 0 0 1 0 1
8、0 3 1 问题的提出 大 量 的 室 内 、室 外 试 验 结 果 以 及 已建 工 程 观 测 资 料 表 明 , 碾 压 混 凝 土 坝 的 渗 漏 问 题 主 要 是 通 过 集 中渗流通 道 的“ 漏 水 ” 问题 ,而非 作 为 渗 流场 的 坝 体 问题。根据碾 压混 凝土施 工 特点 ,坝体 层 面 的切 向 渗 透 系 数 较 大 , 本 体 的 渗 透 性 相 对 较 弱 , 在 T 程 中 很 难 做 到 层 面 间 的 完 好 结 合 。 因 而 碾 压 混 凝 土 几 乎 不防水 。 大 坝 的 防 渗 性 重 点 在 于“ 降 低 层 面 的 扬 压 力 ( 渗 透
9、 压 力 ) ,保 持 相 对 稳 定 的 渗 流 场 ” 。 在 大 坝 渗 流 控 制 中 以“ 前 堵 、后 排 ” 为 出 发 点 , “ 前 堵 ” 是 指 在 坝 体 上 游 面 设 置 防 渗 体 , 由 于 坝 体 结 构 切 向 渗 透 阻 力 很 小 , 防 渗 体 的 存 在 可 以 有 效 地 降 低 由 于 坝 体 上 游高水 头 压 力 可能 引起 的坝体 过 大 扬 压力 和 渗 流 量 ,是 大坝 渗 控 的 根本 ; “ 后 排 ” 即 坝体 布 置排 水 孔 , 当上 游 面 防 渗 体 一 旦 出 现 裂 缝 ,排 水 孔 的 存 在 能 够 有 效 地
10、控 制 坝 体 扬 压 力 , 保 证 坝 体 结 构 安 全 。 但 排 水 孔 仅 能 降 低 扬 压 力 , 而 不 能 减 少 渗 流 量 因 此 , 坝 体 必 须 设 置 合 理 且 有 效 的 上 游 面 防 渗 体 。 大 坝不 同部位 的抗 渗要 求 不 同 ,其 结 构分 区示 意 见 图 1 。根 据 S L 3 1 9 2 0 0 5 混 凝 土重 力坝 设计 规 范 从 抗 渗 角度 考 虑 迎 水 面 区的抗 渗 要 求最 高( 南 水 力坡 降进 行设计 ) ,而 内部 混凝 土( V )的抗 渗 性 要 求 最 低( 抗 渗 等 级 W2) 。 冈 此 , 大
11、坝 混 凝 土 抗 收稿 日期 :2 0 1 0 0 3 3 0 基 金项 目:国家 自然科学基金重点项 目 ( 5 0 5 3 9 0 4 0) 作 者简 介:黄蓓 ( 1 9 8 4 一 ) ,女 ,江苏南 京人 ,博士研究生 ,主要 从事混凝土耐久性研究 W a t e r P o u w V o 1 3 6 N o 1 0羽 圆 小 J仅电 2 0 1 Ur年 1 O月 渗 耐 久 性 设 计 的 关 键 是 迎 水 面 上 游 防 渗 体 的设 计 。 圄 1大 坝 结 构 分 区示 意 对 于 水 在 多 孑 L 介 质 中 的 渗 流 问 题 ,过 去 多 以线 性 Da r c
12、 y定 律 为 基 础 。 近 年 来 关 于 流 体 在 岩 体 中 渗 流的研究表明 ,在低渗介 质( 绝 对渗透率在 1 0 m 左 右 ) 中 流 体 的 非 线 性 渗 流 现 象 明 显 。 而 目前 水 存 混 凝 土 中 符 合 何 种 渗 流 规 律 鲜 有 研 究 。 因此 ,研 究 水在 大坝 混 凝 土 防渗体 中 的渗流 规 律 ,找 出抗 渗 耐 久 性 设 计 的 理 论 依 据 ,对 大 坝 防 渗 体 设 计 具 有 重 要 意 义 。此 外 , 大 坝 在 服 役 过 程 巾 总 要 受 到 各 种 应 力 的 影 响 ,特 别 是 高 坝 , 由 于 大
13、坝 自 重 、外 界 水 压 及 温 度 的影 响 , 大 坝 混 凝 土 要 承 受 拉 应 力 的作 用 。 国 内外 的 高 坝 应 力 计 算 表 明 I :大 坝 在 服 役 过 程 中 均 受 到 较 大 的拉 应 力( 最 大 拉 应 力 可 超 过 1 MP a ) ,甚 至 出 现 最 大 拉 应 力 大 于 混 凝 土 极 限 抗 托 强 度 的 情 况 。 混 凝 土 作 为 一 种 脆 性 材 料 ,其 抗 拉 强 度 远 远 低 于 抗 压 强度 拉 应 力对 坝 体 混凝 土 的渗 流会 造 成 怎样 的 影 响 对 大 坝 混 凝 土 抗 渗 耐 久 性 设 计
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- 碾压 混凝土 防渗 设计 相关 试验 研究
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