結構性黏土具有復雜的成因和特殊的工程地質特性,其滲透特性受裂隙張開度、填充情況與孔洞的發育程度影響較大,且在不同的環境條件下滲透特性會產生一定的變化,允許水力比降理論計算值、室內滲透試驗測定的滲透系數與實際值偏差大,難以獲得其滲透參數真值。結構性黏土具有高靈敏性、易擾動性,結構裂隙、孔洞易受觸動閉合,且試驗井在實際的成孔過程中,濾料層或者過度洗井會造成周圍形成透水性高于含水層的負薄壁層,鉆泥的堆積會造成周圍形成透水性低于含水層的正薄壁層,上述幾種情況的出現,導致結構性黏土滲透參數原位真值的測定成為一個復雜的技術難題,給淮河流域水利工程建設帶來了一系列工程難題。
本研究項目分析了淮河流域堤防、水庫兩種不同類型工程中分布的結構性黏土滲透特性,采用的技術思路、研究手段、研究成果以及采用的新工藝、新方法、新設備等,對淮河流域堤防、平原地區水庫結構性黏土滲透參數的測定及處理方案的選擇起到了關鍵的作用,具有較強的指導意義。另外,通過研究總結出的淺層含水層滲透系數快速測定技術,具有成本低、效率高、約束條件少的特點,在淮河流域含水層滲透系數快速測定方面應用前景廣泛。
成果的先進性及創新點:
(1)首次對淮河流域典型結構性黏土采取多種大型及新型試驗實證研究,獲得了影響結構性黏土滲透特性的關鍵要素和試驗方法的關鍵技術,解決了結構性黏土難以獲得滲透參數真值的難題。
(2)基于原位slug等多種試驗,測定了南四湖結構性黏土(裂隙、孔洞)的滲透參數,解決了其滲透參數與實際值偏差大的問題,提出了當地結構性黏土滲透機理和沖蝕管涌型的滲透變形形式。
(3)首次設計大口徑、高水頭鋼筒原位注水試驗方案,模擬結構性黏土(針狀孔洞)垂向滲透特性的演變規律,成功解決了結構性黏土水庫庫盆防滲處理方法和質量控制的關鍵技術難題,為工程節約了大量投資。
(4)首次在淮河流域結構性黏土地層中采用維克聲波鉆機連續取樣成孔和slug試驗測定滲透系數的方法,快速測定了其滲透系數。