黃土地區(qū)配水試驗(yàn)影響因素初探

李　鵬, 焦振華

(陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,陜西 西安　710001)

0　引言

在黃土地區(qū)興建水利工程尤其是土壩工程,主要建筑材料為風(fēng)積黃土,在局部地區(qū)如陜北、渭北高原等由于氣候條件特殊性,土料含水率較低,不能滿足填筑要求而需要專(zhuān)門(mén)的配水試驗(yàn)[1-5]。為與施工條件保持一致,配水試驗(yàn)盡量選擇與施工條件相似的環(huán)境實(shí)施,試驗(yàn)中除受配水水量、配水時(shí)間影響外,還受水與試坑接觸面積、氣候、降水等多重因素影響[6-7]。為更好地為施工配水提供參考,本文通過(guò)分析對(duì)配水試驗(yàn)的影響因素進(jìn)行研究探討。

1　試驗(yàn)過(guò)程設(shè)計(jì)及實(shí)施

本次研究在咸陽(yáng)市彬縣附近采用預(yù)浸水法開(kāi)挖4個(gè)試坑進(jìn)行配水。試坑長(zhǎng)、寬各5 m,深0.5 m,容積12.5 m3,分別對(duì)各試坑采用人工注水配水;注水時(shí),保持試坑水頭0.5 m,待滲期為3 d。對(duì)1#、2#試坑分別配以10 m3、15 m3的水量,以分析配水水量對(duì)配水結(jié)果的影響;為減少蒸發(fā)干擾,在3#、4#探坑中部打洛陽(yáng)鏟孔各4個(gè),深度為6 m,然后按10 m3、8 m3進(jìn)行配水,以分析增加接觸面積對(duì)配水結(jié)果的影響。

配水后待滲3 d,造洛陽(yáng)鏟孔。為減少蒸發(fā)干擾,在試坑中部取擾動(dòng)樣進(jìn)行含水量測(cè)試,孔徑為10 cm,每孔每米取擾動(dòng)樣一組；取樣過(guò)程中樣品應(yīng)盡量減少空氣暴露時(shí)間,裝入皿盒后,在現(xiàn)場(chǎng)用精度0.01 g電子天平稱(chēng)量,并詳細(xì)認(rèn)真填寫(xiě)野外記錄表。取樣工作完成后進(jìn)行烘干,將試樣放入恒溫干燥箱，在105°的恒溫狀態(tài)下,經(jīng)過(guò)8 h的不間斷烘干,試樣才滿足規(guī)定的失水要求,然后用電子天平稱(chēng)其干燥后的總質(zhì)量,同時(shí)填寫(xiě)記錄表,經(jīng)核對(duì)無(wú)誤后將試驗(yàn)數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)程序中。經(jīng)計(jì)算可得到單坑配水后各孔各時(shí)間段內(nèi)各深度含水量平均值。

2　配水試驗(yàn)結(jié)果及影響因素分析

2.1　配水時(shí)間對(duì)配水試驗(yàn)的影響

試驗(yàn)表明(圖1-圖4),隨著配水時(shí)間的延長(zhǎng),各試驗(yàn)坑含水率均呈現(xiàn)先增長(zhǎng)后下降的趨勢(shì),整體呈下降趨勢(shì)。表明隨著配水時(shí)間延長(zhǎng),初期下滲作用占主導(dǎo),不同深度在下滲作用下,含水率總體呈上升趨勢(shì)；在不受降雨影響下,經(jīng)過(guò)一定時(shí)間下滲飽和后,蒸發(fā)作用開(kāi)始占主導(dǎo),含水率下降,其節(jié)點(diǎn)與配水水量、配水接觸面積等有關(guān)。

2.2　配水水量對(duì)配水試驗(yàn)的影響

1#與2#試驗(yàn)坑試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比可知,配水水量較小的1#試驗(yàn)坑含水率在15-20 d附近達(dá)到最大值,配水水量較大的2#試驗(yàn)坑含水率在10-15 d附近達(dá)到最大值,此后逐漸降低,對(duì)應(yīng)各深度處含水率較1#數(shù)值略大。表明配水水量大小對(duì)下滲—蒸發(fā)過(guò)程有一定影響,配水水量越大,下滲作用強(qiáng)度越大、達(dá)到含水率最大值的時(shí)間越短。

3#、4#試驗(yàn)坑差別不大,說(shuō)明當(dāng)配水接觸面積達(dá)到一定數(shù)值時(shí),配水水量對(duì)下滲—蒸發(fā)過(guò)程的影響相應(yīng)減弱。

2.3　配水接觸面積對(duì)配水試驗(yàn)的影響

通過(guò)3#、4#與1#、2#試驗(yàn)坑試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比可知,3#、4#試驗(yàn)坑雖配水量相對(duì)較小,且隨著配水時(shí)間的延長(zhǎng),各深度含水率在10-15 d附近達(dá)到最大值后,整體呈下降趨勢(shì);與未增加接觸面積的試驗(yàn)坑相比對(duì)降雨的敏感程度更強(qiáng)。表明配水面積增大可明顯影響滲水對(duì)天氣原因(蒸發(fā)及降水)影響的靈敏性,同時(shí)使?jié)B透速率變快。

圖1　1#探坑不同時(shí)間不同深度含水率變化曲線

圖2　2#探坑不同時(shí)間不同深度含水率變化曲線

圖3　3#探坑不同時(shí)間不同深度含水率變化曲線

圖4　4#探坑不同時(shí)間不同深度含水率變化曲

2.4　降雨對(duì)配水試驗(yàn)的影響

在蒸發(fā)作用占主導(dǎo)后,各試驗(yàn)坑含水率均受降雨影響。1#、2#試驗(yàn)坑在40 d左右由于較大降雨量的連續(xù)降水導(dǎo)致含水率又一次升高,較實(shí)際降雨時(shí)間滯后5-10 d;配水后3#、4#試坑在30-35 d左右由于較大降雨量的連續(xù)降水導(dǎo)致含水率又一次升高,40 d后又一次下降,較實(shí)際降水滯后1-2 d左右,且降雨結(jié)束后5-10 d可恢復(fù)原下滲—蒸發(fā)過(guò)程。

3　結(jié)語(yǔ)

配水試驗(yàn)效果受配水時(shí)間、配水量、降雨及配水接觸面積綜合影響,其中配水量及配水時(shí)間對(duì)下滲—蒸發(fā)過(guò)程及其節(jié)點(diǎn)具主要影響;降雨通過(guò)影響配水量影響下滲—蒸發(fā)過(guò)程,試驗(yàn)接觸面積則顯著影響配水效率，并對(duì)天氣影響具有更為靈敏的響應(yīng)。

建議實(shí)際配水采取立面開(kāi)挖方法,視工程需要在不同時(shí)間段內(nèi)開(kāi)挖,并合理利用天氣情況,根據(jù)天氣及工程實(shí)際需要決定是否采用人為干擾加快配水過(guò)程。

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