寺坪混凝土面板砂砾石坝填料渗透特性研究

垫层料上 包线
0.20～ 2.02～ 0.20～0.25 2.02～3.50 0.17～ 2.02～ 0.17～0.31 2.02～2.53 0.15～ 1.20～ 0.15～0.25 1.20～2.30 0.21 1.22～ 1.22～1.82
垫层料下 包线
垫层料的渗透系数为2.54×10垫层料的渗透系数为2.54×10-4～1.93×10-2cm/s，从临界比降看， 2.54 1.93×10-2cm/s，从临界比降看， 垫层料在无保护条件下产生渗透变形时所对应的渗透比降是比较低的， 垫层料在无保护条件下产生渗透变形时所对应的渗透比降是比较低的， 为0.15～0.31，破坏比降为1.20～3.50。 0.15～0.31，破坏比降为1.20～3.50。 1.20
0.10
0.01 1.00E-05
0.01 1.00E06
1.00E-04 1.00E-03 V 1.00E-02 1.00E-01 1.00E+00
1.00E05
1.00E04
1.00E03 V
1.00E02
1.00E- 1.00E+0 01 0
10.00
10.00
1.00 J
2-3-1 2-3-2
大坝标准断面
小于某粒径之土重百分 数
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1000 100 10 1 0.1
DC1 DC2
粒径
0.01
垫层料设计级配（２Ａ） 垫层料设计级配（
7#料场天然级配曲线与原设计过渡渡料级配曲线
100 90 小于某粒径土重之百分数 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1000 100 10
1.00E-01 V
1.00E+00
10.00 3-7 3-8 1.00 J 0.10 0.01 1.00E-04
1.00E-03
1.00E-02 V
1.00E-01
1.00E+00
过渡料渗透变形试验（ ） 过渡料渗透变形试验（2）
过渡料的渗透变形特性表
试验材料 干密度 ρd(g/cm3) 2.20 2.25 2.20 2.25 2.10 2.20 平均渗透系数K 平均渗透系数K20(cm/s) 5.49×10-2～6.18×10-2 5.49× 6.18× 2.06× 4.12× 2.06×10-2～4.12×10-2 1.27× 2.66× 1.27×10-1～2.66×10-2 6.00×10-2～3.94×10-2 3.94× 6.00× 4.87× 7.86× 4.87×10-1～7.86×10-1 2.47× 2.94× 2.47×10-1～2.94×10-1 临界比降 0.20 0.21～ 0.21～0.22 0.15～ 0.15～0.26 0.15～0.30 0.15～ 0.15～ 0.15～0.36 0.25～ 0.25～0.26 破坏比降 1.21～ 1.21～1.30 1.21～ 1.21～3.01 0.61～ 0.61～1.00 0.80～1.51 0.80～ 0.29～ 0.29～0.50 0.25～ 0.25～0.26
过渡料原设计下包线GD3 过渡料原设计上包线 TR1 TR2 TR3
1 粒径mm
0.1
过渡料原设计级配（ Ａ）与料场天然级配 过渡料原设计级配（３Ａ）与料场天然级配
研究的必要性
为了满足过渡料设计级配要求，施工单位提出应对天然 为了满足过渡料设计级配要求， 砂砾石级配进行筛分处理。 砂砾石级配进行筛分处理。设计所需坝壳砂砾石填筑料达 158.87万立方 对于大型土石坝或缺少某些范围粒径的料场， 万立方。 158.87万立方。对于大型土石坝或缺少某些范围粒径的料场， 对各层反滤料严格执行筛分存在极高难度， 对各层反滤料严格执行筛分存在极高难度，且大大增加了工程 造价。 造价。 • 设计单位对过渡料进行优化设计， 设计单位对过渡料进行优化设计，优化设计的主要内容为 采用天然砂砾石作为过渡料。采用天然砂砾石作为过渡料， 采用天然砂砾石作为过渡料。采用天然砂砾石作为过渡料，尚 存在许多不确定的因素。因此，必须进行相应的试验研究工作， 存在许多不确定的因素。因此，必须进行相应的试验研究工作， 用来评价过渡料优化后垫层料、过渡料渗透稳定性。 用来评价过渡料优化后垫层料、过渡料渗透稳定性。
方案3
315.22 K1 A B K5 K7 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% K2 K3 K4 K6 K5
填料渗透特性研究
• 垫层料
垫层料无保护条件下的渗透变形试验方案 试验代号 2-1 2-2 2-3 2-4 试样 垫层料上包线 垫层料上包线 垫层料下包线 垫层料下包线 干密度（ 干密度（g/cm3） 2.20 2.25 2.20 2.25
1.00 J
2-4-1 2-4-2
0.10
0.10
0.01 1.00E-04
0.01 1.00E-04
1.00E-03 1.00E-02 V 1.00E-01 1.00E+00
1.00E-03
1.00E-02 V
1.00E-01
1.00E+00
垫层料渗透变形试验
垫层料渗透变形特性表 试验材料 干密度 ρd(g/cm3) 2.20 2.25 2.20 2.25 平均渗透系数K 平均渗透系数K20(cm/s) 2.03× 9.84× 2.03×10-3～9.84×10-4 1.50× 2.54× 1.50×10-3～2.54×10-4 1.93× 5.35× 1.93×10-2～5.35×10-3 8.35× 7.71× 8.35×10-3～7.71×10-3 临界比降 破坏比降
渗流计算
试验前针对大坝典型断面，进行二维渗流有限元分析，计算在无面板的极端 条件下坝体填料分区所承受的最大水力坡降，用以指导试验。通过对不同方 案、不同参数组合的计算，垫层料承担最大比降为33.23，过渡料承担的最 大比降为1.09，以此作为渗透变形试验控制最大渗透比降的参考。
2A垫层料 3A过渡料 3F'排水体 3F排水体 3B堆石区 砂砾石 基岩 247.74 K1=2.38×10-4 K2=6.08×10-2 K3=2.50×10-1 K4=5.00×100 K5=6.08×10-2 K6=2.26×10-3 -5 K7=1.00×10
0.01 1.00E-04
1.00E-03
1.00E-02 V
1.00E-01
1.00E+00
10.00
10.00
1.00 J
3-3-1 3-3-2
1.00 J
3-4-1 3-4-2
0.10
0.10
0.01 1.00E-03
1.00E-02 V
1.00E-01
1.00E+00
0.01 1.00E-03
TR1 TR2 TR3
53.73 48.92 5.83
1.14 4.29 1.29
过渡料上包线 过渡料平均线 过渡料下包线
10.00
10.00
1.00 J
3-1-1 3-1-2
J
1.00
3-2-1 3-2-2
0.10
0.10
0.01 1.00E-03
1.00E-02 V
1.00E-01
1.00E+00
寺坪混凝土面板砂砾石坝填料 渗透特性研究
朱国胜 张伟 定培中 袁耀宇
长江科学院土工所渗流室
1 工程概况
• 寺坪水电站工程位于汉江中游右岸支流南河上段，坝址在湖北 寺坪水电站工程位于汉江中游右岸支流南河上段， 省保康县寺坪镇，工程规模为大（ 省保康县寺坪镇，工程规模为大（2）型。大坝填筑从上游至下 游依次分为：垫层区（2A）、过渡层区（3A）、 ）、过渡层区 ）、小粒径排水区 游依次分为：垫层区（2A）、过渡层区（3A）、小粒径排水区 3F’）、排水区（3F）、主堆石区（3B）、下游堆石区（3C）、 ）、排水区 ）、主堆石区 ）、下游堆石区 （3F ）、排水区（3F）、主堆石区（3B）、下游堆石区（3C）、 下游保护层和排水棱体，在原河床砂砾石界面设置水平排水层， 下游保护层和排水棱体，在原河床砂砾石界面设置水平排水层， 使上游排水区与下游排水棱体连通。 使上游排水区与下游排水棱体连通。
• 试验方法 ： 按选定级配曲线计算各粒径料重量并准 试验方法： 确称量，加入2 水分， 确称量 ， 加入 2 ～ 5 ％ 水分 ， 拌合均匀后分层装填击 实至要求干密度。 实至要求干密度。 • 为了解决试样与渗透仪边壁接触问题 ， 采用水泥护 为了解决试样与渗透仪边壁接触问题， 壁的方法，在试样装填前， 壁的方法 ， 在试样装填前 ， 先在渗透仪内壁上涂上 mm厚的水泥 待水泥初步凝固后，分层装填， 厚的水泥， 约2mm厚的水泥，待水泥初步凝固后，分层装填，进 行试样饱和，按试验规程要求逐步提高渗透比降， 行试样饱和 ， 按试验规程要求逐步提高渗透比降 ， 测记测压管水位及渗水量基本稳定， 测记测压管水位及渗水量基本稳定 ， 并观测记录试 验过程中出现的各种现象。 验过程尺寸渗透变形试验仪：为了克服 大尺寸渗透变形试验仪： 缩尺效应， 缩尺效应，必须制造大尺寸渗透变 形试验仪。 形试验仪。 • 试验供水设备：由于砂砾石透水性 试验供水设备： 较强且试样尽寸增大， 较强且试样尽寸增大，对试验供水 设备的要求也大大提高，试验采用 设备的要求也大大提高， 变频恒压供水水泵供应试验用水， 变频恒压供水水泵供应试验用水， 并研制稳定和调节水压力的设备， 并研制稳定和调节水压力的设备， 以保证试验成功的进行。 以保证试验成功的进行。
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1000 100 10 1 0.1
小于某粒径之土重百分数
DC1 DC2
粒径
0.01
垫层料（2A）设计级配曲线 垫层料（2A）