柔壁渗透仪的试验研究

针对防渗浆材结石体或灌浆固结体渗透性的测试及其对污染物阻滞性能测试的需要,研制了一种围压密封的柔壁渗透仪,并获得国家专利。采用S、N和Z型三类浆材结石体试样,通过在不同渗透压力、不同围压条件下的渗透系数测定,与南-55型变水头渗透仪的对比试验研究,以及垃圾渗沥液的渗滤试验,证明柔壁渗透仪对制样要求不高、密封好、测试误差＜119×10-7 cm/s,精度满足规范要求。该研究的创新点在于采用柔性乳胶膜作测试试样的侧壁,通过气压或水压施加围压实现试样的侧壁密封,渗透压力可在10～1000 kPa范围调节,围压可在10～1500 kPa范围调节,试样直径有618和101 mm两种规格可选,且精度要求不高,试样高度在20～150 mm范围内任意选用,可方便地用于测试浆材结石体或灌浆固结体的渗透系数,以及浆材结石体对污水中污染物的阻滞性能,有助于防渗浆材的研制。     

复合土工膜渗透性能试验研究

以高密度聚乙烯复合土工膜为试验材料,利用柔性壁渗透仪测定一定时间间隔通过复合土工膜的渗透量,通过计算求得复合土工膜的渗透系数,分析渗透系数随渗透压和渗透压应力路径的变化规律。利用扫描电子显微镜拍摄复合土工膜的照片,从微观结构上揭示了渗透系数变化的原因。试验结果表明:柔性壁渗透仪可以精确测定复合土工膜的渗透性能参数;复合土工膜在0.1MPa的有效应力作用下,渗透压从0.1MPa增大到0.6MPa的范围内,渗透系数有3种变化趋势,分别是渗透系数基本不变、渗透系数随渗透压的增大而增大和渗透系数随渗透压的增大而减小。复合土工膜物理性质的不均匀性和渗透通道的形态是影响防渗效果的主要因素。     

渗透条件对膨润土改性黄土渗透系数的影响

室内采用柔性壁渗透仪实测了膨润土改性黄土的渗透性能,分别在控制渗透时间、围压和渗透压等条件下探究了各自对改性黄土渗透系数的影响。研究表明,试验初期试样的渗透系数在同一数量级上有较大波动,随着持续时间增加渗透系数趋于稳定,稳定后几乎不随时间发生变化,增大围压和渗透压都可以引起改性黄土渗透系数在同一数量级上降低。因此,在填埋场设计时可以通过预测防渗衬里的围压和渗透压来预留渗透系数的安全储备。     

不同有效应力下矿山渗滤液对土工合成黏土衬垫渗透特性影响的试验研究

以模拟矿山渗滤液作为渗透溶液,使用柔性壁渗透仪,在不同有效应力条件下测定土工合成黏土衬垫(geosynthetic clay liner,GCL)的渗透系数。试验结果表明:矿山渗滤液作用下GCL渗透系数升高的幅度与其所受有效应力的大小紧密相关;当有效应力为24 kPa时,矿山渗滤液的渗透使GCL的渗透系数升高至1.52810-′m/s,比控制样(自来水渗透)的渗透系数高340倍,不能满足《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制规范》对防渗层渗透系数的要求(k≤1.0910-′m/s)。而当有效应力为93、162、231和438 kPa时,矿山渗滤液的持续作用使GCL的渗透系数只分别升高了26、21、14和10倍,且全部满足规范要求。研究结果表明,在对矿山废弃物处置场中GCL的防渗性能进行评估时,必须考虑GCL试样在场地中的受力状态。     

膨润土改性黄土衬里防渗性能室内测试与预测

试验测定了膨润土改性黄土试样的渗透系数,研究膨润土改性黄土用作废弃物填埋场衬里的可行性,为天然黏土匮乏地区防渗材料本土化提供依据。选取两种代表性黄土,即黏性较大的兰州黄土(LH)和砂性较大的榆林黄土(YH),分别向其中添加不同比例的两种膨润土后击实成样,利用柔性壁渗透仪测定改性黄土的渗透系数,分析了改性黄土渗透系数随膨润土添加率增大的变化规律,确定了满足衬里防渗要求的膨润土添加率。利用扫描电镜照片统计了改性黄土的孔隙特征参数,发现添加膨润土后黄土中原有的大孔隙被充填或分隔成更多的中、小孔隙,有效阻滞了渗流液体通过,从微观结构的角度揭示了改性黄土渗透性降低的实质。依据实测数据建立了膨润土改性黄土的渗透回归模型,据此可以预测不同添加量的膨润土改性黄土的渗透系数。     

伺服控制土石混合体压力渗透仪研究

土石混合体渗流特性的研究对于工程建设、土石混合体滑坡的防治有重要意义。总结了前人对于堆石料渗透试验仪的研究,其特点在于渗透筒的大尺寸、供水系统、供水压力的控制;透水板、制样方法、筒壁防渗对于试验的影响。周中等自制的常水头渗透仪,主要对土石混合体渗透系数及其影响因素进行研究。本文研制的伺服控制土石混合体压力渗透仪能够准确伺服控制供水压力和供水速度,提供不超过2MPa的高水压,调节试样渗流速度,操作方便,能够有针对性的研究土石混合体的渗流特性。     

混合重金属离子侵蚀饱和黏性土渗透特性试验研究

渗透特性是表征黏性土层防渗能力及防污性能的关键控制因素,黏土衬垫渗透系数的正确选择对保证垫层的防污效果具有极其重要的意义。采用柔性壁渗透仪,通过室内试验研究了混合重金属离子共存情况下侵蚀饱和黏性土的渗透特性变化规律。试验结果表明,将可溶性铜、铬离子混合与铜、锰离子混合溶液作为渗液,黏性土渗透性均随着掺入离子浓度比例的增大而逐渐增强,且相同试验条件下,铜、铬离子混合溶液作为渗液测得的黏土渗透系数值大于铜、锰离子混合溶液作为渗液测得的渗透系数值。混合重金属离子的存在削弱了黏土垫层作为工程防污屏障服役的能力,并对黏土层的水力传导性起到了劣化作用。试验土样微观结构分析表明,渗液特性的改变影响了土样内部的微观结构,随着渗液混合离子质量比的增大,土样中出现了凝聚体且有效输运孔隙通道增大,与宏观渗透特性的变化规律相吻合。研究结果能够为有效评估黏土防污屏障的防渗隔污能力及研究堆场渗液在黏土垫层中的运移机制提供参考。     

试验条件对GCL渗透系数测定结果的影响

利用柔性壁渗透仪对土工合成黏土衬垫(Geosynthetic Clay Liner,GCL)的渗透系数进行测定时,试验条件的设置会对测定结果产生重要的影响。文章阐述了有效应力、渗透溶液特性、预水化、水力梯度以及试验终止标准等试验条件对GCL渗透系数的影响机理,介绍了过去20年GCL渗透系数测定技术的发展历程,重点分析了目前GCL渗透系数测定过程中尚存在的问题。本研究有助于正确认识已有数据和结论,同时对后续试验的开展也具有一定的指导意义。     

不同应力条件下砾石土防渗料和反滤料联合抗渗试验研究

利用自行研制的可提供高水压、高应力的粗粒土大型高压渗透仪,对双江口砾石土心墙堆石坝防渗料和反滤料进行了联合抗渗试验,研究不同应力状态下防渗料和反滤料的渗透变形特性。结果表明：（1）单向压缩条件下,防渗料的渗透系数随应力的增加而减小,且渗流稳定时的渗透系数与应力的关系满足Louis负指数方程;试样发生破坏的临界坡降随应力的增加而增大。（2）水平加荷、竖向自由变形条件下,试样的渗透系数随水平应力的增加先减小后增大。试样发生破坏的临界坡降随水平应力的增加先增大后减小。在达到峰值之前,反滤料越松或越细,临界坡降随水平应力增大的幅度越大;在达到峰值之后,反滤料越密或越细,临界坡降随应力减小的幅度越大。     

PS加固对非饱和遗址土的渗透特性影响研究

高模数硅酸钾（简称PS）对西北干旱区的土遗址具有明显的加固效果,其加固后的土体也具有较好的渗透性。采用VJ-T非饱和土渗透仪和常规压力板仪测试了PS加固前后饱和样的渗透系数和非饱和土的土-水特征曲线(SWCC),并利用相关模型预测了非饱和土的渗透系数。结果显示,PS加固以后,在各个含水条件下的渗透性都有一定程度的提高,7%PS加固样表现非常明显。其原因是PS与土颗粒进行了非常复杂的物理化学变化,在反应中颗粒的几何形状发生变化,大量棱角弱化或消失,土颗粒磨圆度变好。同时,孔隙壁变得光滑、平直,孔隙弯曲因子减小,有效孔隙增大,这些因素导致了非饱和黏土的渗透性能有较大幅度提高。电镜测试分析了PS加固以后黏土颗粒及孔隙的变化,较好地验证了渗透性试验的结果     

新疆下坂地水库坝基防渗墙试验研究

新疆下坂地水利枢纽工程地处高寒、高海拔的山区,坝基覆盖层厚度达147.95m,透水性强,易坍塌和漏浆,块石坚硬,坝基防渗处理难度罕见。针对这一工程问题进行了坝基防渗墙试验研究,结果表明,以大深度混凝土防渗墙为主墙,下接帷幕灌浆的墙幕结合方案。本文针对新疆下坂地深厚覆盖层坝基防渗墙进行了试验研究,找出了防渗墙有效的施工深度及合理的施工方法,从而为坝基防渗墙设计施工提供了可靠的依据。     

露天煤矿截水帷幕防渗膜垂向隐蔽铺设施工工艺

防渗膜（HDPE土工膜）目前广泛应用于防污染、防渗漏、防扩散为主的防渗工程中，且铺设形式复杂多样。在我国某露天煤矿地下截水帷幕工程中，将防渗膜进行大深度垂向隐蔽铺设，深度可突破50 m，作为帷幕墙防渗主体；利用接头箱技术，实现了不同槽段间的防渗膜叠覆连接；通过注浆回填工艺，在压紧防渗膜的同时，提高了帷幕墙的抗渗性；最后采用围井抽水试验验证了墙体的防渗性，结果表明，防渗膜帷幕墙渗透系数仅为8.6×10-7 cm/s，达到设计要求。防渗膜帷幕墙具有施工效率高、成本低、绿色环保等优点，其成功应用对其他类似项目具有推广借鉴意义。      

基于高压压水试验的岩体透水率变化研究

在水利水电等地下工程的常规压水试验中,一般以1Lu（吕荣值）作为防渗灌浆结束的标准。近年来,随着科学技术水平的不断提高,我国的高水头抽水蓄能电站得到了迅速发展,也进行了相应的高压压水试验。对于高水头的水电工程,现场高压压水试验结果和常规压水试验结果对比发现,对于同一试验段,高压压水试验计算的岩体透水率反而比常规压水试验计算的透水率小,由此计算的岩体渗透系数也偏小,但在高压水作用下岩体渗透性会不同程度地增加。如果岩体透水率还用《水利水电工程钻孔压水试验规程》（SL31-2003）中的公式计算,则由于压力的增加计算的Lu变小,防渗的标准会相应提高。针对规范中岩体透水率的适用性问题,提出了基于高压压水试验的高压单位吸水量的概念,即在直径75mm、试段长度约5m的孔内高压压水试验中,围岩在设计水头（2MPa）作用下,单位长度上的压入流量,用DK表示,单位为Lmin-1m-1。基于这一概念,应用数值模型计算了岩体试段的压入量,通过与某抽水蓄能电站高压压水试验的实际岩体试段的压入量进行的对比,获得了最大压力为4MPa时,岩体注浆结束标准为2DK（0.5Lu）。因此,对于不同的高水头水电工程,隧洞注浆结束标准（高压单位吸水量）要根据设计水头进行调整,而不能以常水头那样始终以1Lu作为防渗结束标准。     

双层堤管涌的悬挂型防渗控制实验研究

双层堤基是应用较多的双面层的堤基构造类型,上层为弱透水层,下层为强透水深厚砂层。堤内弱透水层在汛期高水位时面临较高的水头承压,出现管涌的危险性极大。以实验室模拟分析的方式,专题探究双层堤管涌的悬挂型防渗控制规律,结果可知:悬挂型防渗墙在有效截断管涌迁移路径方面具有独特功能和阻滞效果,管涌没有出现之前,悬挂式防渗墙消解水头冲刷的作用一般不很明显,而一旦有管涌发生,防渗墙对透水堤基深入越深,防渗作用将越好,如果保持贯入度相同,则下游布置防渗墙比上游布置防渗墙效果要好。研究结果为同类工程应用提供研究和技术参考。     

混合型缓冲材料砌块渗透性及其各向异性研究

缓冲材料砌块具备良好的防渗性能,是保证高放废物处置库封闭性的关键。缓冲材料砌块经单轴加载挤压成型,块体尺寸大,测试与评价其渗透性能的均匀性和各向异性,对缓冲屏障设计具有重要价值。研究制备不同干密度的混合型缓冲材料砌块,定向切割获得砌块内部不同位置、不同方向的小试样,开展刚性壁和柔性壁渗透试验,综合评价了混合型缓冲砌块不同方向的水力传导系数。研究结果表明：砌块干密度越大,砌块的水力传导系数越低。所有砌块的水力传导系数均处于10?10 cm/s数量级,沿砌块z、?、r方向的水力传导系数基本相等,表明砌块渗透性具有良好的均匀性和各向同性,且满足高放缓冲材料防渗要求。两种试验方法获得的渗透结果差异较小,柔性壁渗透条件下砌块产生10%～20%的体积膨胀,导致其水力传导系数略大于刚性壁下的平行试样。引入CT试验,分析了渗透前后砌块的微观特性变化。试验证实,在饱和渗透之后,以CT值显示的砌块密度分布趋于均匀,砌块内部存在的微裂隙愈合消失。     

燕山水库坝基防渗墙优化设计

因现场资料不足或分析手段落后等原因,当前进行水库坝基防渗墙设计,往往存在过于保守的倾向。以河南省燕山水库为例,基于优化设计的思路,采用目前较为成熟的二维有限单元法,对不同防渗条件下的坝基渗流场分别进行了模拟,并将计算所得比降、流量与允许比降、允许流量做了对比,从定量的角度提出了既安全、又经济的防渗方案:防渗墙厚度取0.8m,深度取打入破碎带5m。     

双泵大流量振孔高压旋喷防渗墙在粉细砂坝中的应用

振孔高喷是近几年发展的钻喷一体化、一次成墙较为先进的高喷防渗墙施工工艺,是利用高压喷射流对地层产生冲切、掺搅、升扬、置换、充填挤压、渗透固结等作用,形成所需性状的防渗固结体。本工程是首次将水力冲填粉细砂坝应用到水利枢纽大坝工程中,采用高喷防渗墙进行防渗更是初次在这样的条件中使用。大流量振孔高压旋喷施工工艺既能保证施工质量,又能提高施工工效,是高压旋喷工艺的又一次革新。     

深厚覆盖层坝基防渗墙深度研究

在西部山区深厚覆盖层上建设高坝,坝基防渗是关系到工程成败的关键。塑性混凝土防渗墙加灌浆帷幕防渗体系已经在多座大坝工程中应用,实践证明是成功的。由于坝基防渗墙建设控制工期,并且工期较长,在满足防渗要求的条件下应尽量减少工程量。研究防渗墙的合理深度,能够在一定程度上减少工程量,优化施工工期。基于改进阻力系数法求得防渗墙底部坡降随防渗墙深度变化的解析解,并且通过数值模拟方法详细研究了深覆盖层内防渗墙深度变化时防渗墙底部水头、坡降的变化规律。认为深厚覆盖层内设置防渗墙的深度并非越深越好,而是存在一个最优深度。最优深度的取值取决于覆盖层的深度。一般情况下,相对深度比（防渗墙最优深度与覆盖层深度之比）在0.7左右为防渗的最优取值。     

非饱和压实膨胀土渗透特性的试验研究

压实膨胀黏土常用于防止填埋场中固体废物产生二次污染,或作为核废料处置库通道隔绝层,这主要取决于压实膨胀黏土衬垫层或隔离层的防渗特性,而这种压实膨胀黏土层通常又呈现出非饱和特性。基于GDS非饱和土三轴试验系统,开发拓展其试验功能,研究直接测量压实膨胀黏土的水渗透系数的试验方法,同时结合电镜扫描试验,从微观角度定量分析压实膨胀黏土渗透过程中产生的微观、宏观变化特征。结果表明,压实膨胀黏土在渗透过程中产生的体积变形主要是由于土孔隙中气体被压缩、孔隙微结构发生变化的结果;压实膨胀黏土水渗透系数受吸力、围压、干密度、饱和度等因素控制。     

微生物-膨润土联合矿化防渗模型试验研究

砂土地基发生渗漏时容易引发地基塌陷和工程结构破坏等工程安全问题。利用微生物-膨润土联合矿化的方法开展了大尺寸砂柱的防渗模型试验,研究了砂土的颗粒粒径、浆液的液固比与注浆次数等因素对砂柱的渗透特性、内部侵蚀特性及膨润土与碳酸钙沉淀分布的影响,分析了处理后试样的封堵稳定性和微观结构,进一步评估了微生物-膨润土联合矿化方法的处理效果。结果表明,通过微生物-膨润土联合矿化方法可以有效地提高砂土的防渗效果与封堵稳定性。经过1～3次注浆后,试样的渗透系数最大可以降低4个数量级,并且渗透过程中的侵蚀速率也得到了成倍的降低,最低达到了0.51 g/(s·m2)。针对膨润土与碳酸钙沉淀在砂土封堵中起到的作用,分析了微生物-膨润土联合矿化方法的防渗机制。该研究成果证实了微生物-膨润土联合矿化方法应用于砂土防渗工程的可行性,为微生物注浆技术解决砂土地基渗漏问题提供了重要参考。