碾压混凝土坝压水试验理论与结果分析方法研究(2)
2016-08-24 01:01
导读：（2） 式中： －渗透介质饱和渗透系数张量。 1.4 压水试验理论分析 迄今为止，对于碾压混凝土坝层面和缝面施工质量的检测和监测一般只能通过压水试验
（2） 式中：
－渗透介质饱和渗透系数张量。 1.4 压水试验理论分析 迄今为止，对于碾压混凝土坝层面和缝面施工质量的检测和监测一般只能通过压水试验来进行，且理论研究还不够深入。压水试验时，先在选定的方向上现场钻孔，形成压水孔，再在1段或3段压水孔试验段中进行压水试验，通过观测试验压力和入渗流量，来评定试验段区坝体的渗透性和渗透系数，因碾压混凝土本体的透水能力极小，试验所得的结果往往是反映了碾压混凝土缝面切向的透水性和主渗透系数，这也正好体现了工程界最为关心的层面和缝面施工质量的情况。目前，对压水试验进行理论分析和求解的方法主要有以下几种。 1.4.1 hsieh和neuman的交叉孔压水试验方法[3,4] 美国hsieh和neuman于1985年提出的交叉孔压水试验（water pressure test with cross holes）的理论和方法，因这一方法有严格的
数学理论，与常规压水试验和三段正交压水试验方法相比较，它具有几个重要的特点：(1) 试验前不需要知道渗透各向异性介质的主渗透方向，且解是唯一的，大大提高了试验结果精度；(2) 可以在任何方向上进行钻孔布置，这无疑给试验工作带来了极大的方便；(3) 适当变化压水孔和观测孔间的距离，由试验结果的变化情况，就可以大约估算出岩体样本体积的大小，这为渗流场多孔隙等效连续体介质模型的求解，提供了建模乃至能否正确运用的理论依据；（4）岩体裂隙结构面的产状、结构面特性和母岩本身渗流特性都是直接困扰学术界和工程界评定岩体渗透系数张量时最常见因素，而此法不受它们的困扰；（5）与别的压水试验方法不同，交叉孔压水试验有其严密的理论推导和解析解；而其他试验方法尤其是目前在我国仍然用得最为广泛的常规压水，均没有严密的理论基础。因此，尽管这个方法的理论相当复杂，但是笔者认为它特别适合于对裂隙岩体渗透系数张量确定的试验研究，值得推广应用。 1.4.2 平面渗源法 鉴于碾压混凝土坝常为强渗透各向异性体，且本体的渗透系数很小，层面和缝面切向与法向主渗透系数的各向异性比会有多个数量级，坝体渗透水流主要沿混凝土层面和缝面流动，在试验所形成的渗透水流基本上是平行于层面和缝面的向四周作径向辐射流态，因此可将压水试验渗流流态近似地视为平面径向流渗流场问题，从而据上述hsieh和neuman的交叉孔压水试验理论和相关热传导理论[6]，设在一个无限大平面域内事先假定各处初始水头h为一个常量，笔者经进一步的理论推导，得到持续点源压水条件下的试验段平面径向流各处水头变化的解析解为[7]：
（3） 式中：
－压水流量；
k—层面和缝面切向主渗透系数；
—观测距压水点源的距离；
t—时间。此式是一个关于碾压混凝土层面和缝面切向主渗透系数的关系式，据试验观测资料可以通过试算解得它的值。 1.4.3 常规压水试验 由于碾压混凝土坝的成层结构和本体的极弱渗透性，压水试验可被看成是在一无限大平面域内的有压点源试验，流态主要呈现为层流。单段压水试验时，假定压水孔周围的流态符合图1（a）的径向均匀层流或图1（b）中的径向椭圆型流态。 据图1（a），对处于饱和区、长度为
l、管径为
的压水孔段，根据darcy定律和流量平衡条件可得式（4）的水量连续方程[7]：
(a) 径向均匀层流 (b) 径向椭圆流 图1 碾压混凝土坝压水试验渗流流态
