淤堵作用对西藏山南地区粗粒土坝基渗透性的影响及机理研究

【摘要】：西藏高原高山宽谷河流区是当地重要的农业区，其深厚粗强渗透性的冲积层坝基是水库建设项目决策、设计和施工的一大难题。对其坝基构筑防渗工程常是投入大效果差，难以达到水库设计的要求。对这类问题的初步研究发现，渗透过程中产生的淤堵现象对坝基土体的渗透性有重要的影响，为此研究与渗透破坏相逆的渗透淤堵规律及其机理具有十分重要的意义。 本文以西藏山南地区雅鲁藏布江以南至拉轨岗日山脉为研究区域，选取其区域内的江雄水库和拟建的卓玉水库为研究对象，重点在卓玉水库进行野外地质调查，并在坝址河道上选取试验点分别进行了重度试验、双环法渗透性试验及试坑法渗透淤堵试验。通过野外试验得出了土体的重度及土体渗透系数，并初步研究了土体产生淤堵得颗粒粒径区间，为室内试验提供了依据。 通过土体的室内试验分析，得出土体的颗分累计曲线；根据粗粒土粗细粒径划分理论，结合试验筛分标准，选用P=4mm作为本试验土体粗细粒界限粒径；由于考虑到试验仪器的尺寸效应，对大于64mm以上颗粒要进行超粒径处理，同时保证尽量保证模拟土体的天然状态。 设计并研制改进的渗透淤堵试验仪，该试验仪较前期试验仪有了较大改进。创新的设计了投料装置，能保证试验在连续注水的条件下完成投料；同时，改进了孔隙水压力监测装置，其包括孔隙水压力传感器和计算机数据采集与处理系统两部分，可连续监测不同淤堵试料干扰条件下，不同时段的孔隙水压力与渗流量之间的变化关系，较以前仪器的测压装置读取数据具有连续性，同时也减少了人为读数的误差。 通过室内试验，开展渗透淤堵作用对粗粒土坝基渗透性的影响及其规律的研究。首先，通过多组试验，研究分析了单粒径均匀土的最佳淤堵粒径区间，并得出淤堵粒径颗粒与均匀土粒径的对应关系；然后，通过模拟土体天然状态，研究分析了不同渗流条件下（水头条件）不同粒径孔洞筛积物颗粒对土体孔隙平均直径（特征孔隙）的淤堵效应，并得到天然土体的最佳粒径区间0.063-0.125mm、0.125-0.25mm,以及其与渗流条件（水头）的对应关系。 通过观测土体淤堵前后的组构关系，同时构建土体颗粒模型及孔隙模型，分析研究相应土体的颗粒排列、孔隙特征及颗粒受力情况，结合试验结果及相关理论，总结出淤堵颗粒粒径dy与特征孔隙D0的对应关系d0.25~0.5D，进而在微观上研究了土体产生淤堵作用的机理,并分析出土体的淤堵区间为0.063-0.25mm，与试验结果吻合，证明了二者的合理性。