岩溶隧道渗流结晶堵塞排水管试验汇报课件

岩溶隧道渗流结晶堵塞排水管试验汇报第第1页页主要内容主要内容第第2页页主主要要内内容容试验目的及意义一.试验模型设计二.试验方案三.试验结果分析四.试验存在的不足五.3.试验目的及意义试验目的及意义第第3页页1.1 试验研究背景试验研究背景第第4页页1.1 试验研究背景试验研究背景第第5页页 试验依托隧道藤蔑山隧道，位于景洪市西南部勐仑镇热带植物园附近，地处岩溶地区，常年雨水充沛，地表水丰富。该隧道通车不到半年，原设计的排水系统就被钙化的结晶体全部堵塞，排水系统失效，渗漏较为严重，严重影响行车安全。1.1 试验研究背景试验研究背景第第6页页 藤蔑山隧道边墙裂缝渗水痕迹图片藤蔑山隧道边墙裂缝渗水痕迹图片1.1.1 岩溶对隧道的危害1.1 试验研究背景试验研究背景第第7页页 1.1.2 对岩溶的传统处治化灌传统处治1.1 试验研究背景试验研究背景第第8页页 1.1.2 对岩溶的传统处治化灌 电防渗处治1.2 目前岩溶的研究状况目前岩溶的研究状况第第9页页研究方向和内容主要代表人物1.岩溶形成原因及岩溶灾害的特点徐泽明、黄润秋等2.岩溶隧道超前探测技术及突涌水的预测方法王梦恕、朱大力、郑黎明等3.岩溶隧道水地质灾害治理赵健、刘以文、吴越华等4.岩溶钙化形成机理及溶解研究袁道先、刘再华等1.3 试验目的试验目的第第10页页 通过室内模型试验，模拟岩溶隧道渗流结晶物在隧道排水管的形成过程，通过改变渗流结晶物生成的影响条件，如渗流水的流量和流速，以及隧道纵向排水管的坡度；观察排水管的渗流结晶速率变化；从而预测排水管的堵塞失效时间。1.4 试验意义试验意义第第11页页 通过模型试验和理论计算得出隧道渗流结晶速率，并根据相关条件，推出岩溶隧道排水管的结晶速率；进而可以对隧道排水系统的堵塞失效年限进行预测；从而为类似隧道的预防和治理提供参考建议。第第12页页、试验模型设计2.1 试验模型图试验模型图第第13页页排水箱连接管流量计工况纵向排水管工况横向排水管纵向排水管支座架子支座架子工况纵向排水管工况纵向排水管工况纵向排水管集水箱1工况横向排水管集水箱2水泵工况横向排水管集水连接管工况纵向排水管三通管支座架子集水连接管工况横向排水管2.2 试验排水箱和集水箱试验排水箱和集水箱第第14页页 试验排水箱和集水箱均采用有机玻璃制作，其中排水箱的底面半径为1m，高度为1.5m。集水箱1的底面半径为0.9m，高度为0.4m；集水箱2的底面半径为0.9m，高度为0.6m。所有有机玻璃的厚度都为12mm。2.3 试验流量计试验流量计第第15页页 本次试验中流量是控制因素，因此使用流量计来调调节排水管的流量；流量计安放位置在连接管处，用以测定流入纵向排水管的流量。注（、工况的流量相同，、工况的流量相同）第第16页页2.4 试验排水管试验排水管 为了更好地与现场实际接近，试验所用排水管均为隧道现场所使用的HDPE波纹管，纵向排水管和横向排水管的直径均为10cm，纵向排水管和横向排水管均采用三通管连接。为了便于观察，所有的排水管均切开成半来观察。2.5 试验水泵试验水泵第第17页页 本次试验共有水泵10个，此类型水泵有三个档，在3m扬程高度上，1档流量为0.2m3/h，2档为1.2m3/h,3档为2.5m3/h，经过计算，集水箱1所需的流量为4.25m3/h，集水箱2所需流量为8.49m3/h.因此，集水箱1、2各需5个，即可满足循环要求。2.6 试验离子浓度检测仪试验离子浓度检测仪第第18页页 为了测定水溶液中钙离子、镁离子、碳酸根离子、碳酸氢根离子、钠离子、氯离子等离子的浓度变化，采用离子浓度检测仪测定其浓度，精度可达0.1mg/L。离子浓度检测仪安放在排水箱上方，用以检测排水箱中离子浓度的变化。2.7 试验电子称试验电子称第第19页页 本次试验是通过排水管内沉淀结晶物的质量变化来判断岩溶结晶对隧道排水管的影响；结晶物的质量变化通过结晶前后纵向排水管、横向排水管以及三通管的质量变化来测定。鉴于沉淀结晶物的质量很小，因此本次试验所用电子称的精度为0.1g。第第20页页.试验方案3.1试验主要观测内容试验主要观测内容第第21页页3.2试验观测方法试验观测方法第第22页页 1、纵向、横向排水管的尺寸相对比较大，且切开成半，可以目测观察CaCO3、MgCO3等的沉积情况。2、纵向排水管与横向排水管的连接处的地方，即三通管处，可直接拆下观察。第第23页页3.2 试验观测方法试验观测方法 3、集水箱和排水箱都采用有机玻璃，可以直接观测其沉积情况。4、对于每个排水管，可以在其实验前称重，记录其质量，试验完后再称重，通过对比质量差，可以算出其沉积速度并得到其沉积情况。第第24页页3.3试验观测频率试验观测频率 由于CaCO3、MgCO3的沉积是一个长期的过程，沉积与溶解总是同时进行的，且结晶速率是比较缓慢的，故短时间内无法直接观测到预期结果，因此，参照北京交通大学于清浩的试验，取15天为观测周期频率。3.4试验工况的对比试验工况的对比第第25页页 本次试验共分六种工况，同时进行，即：、纵向排水管坡度为0.3%，横向排水管坡度为3%，流量为水流充满四分之一管径。、纵向排水管坡度为3%，横向排水管坡度为3%，流量为水流充满四分之一管径。、纵向排水管坡度为4%，横向排水管坡度为3%，流量为水流充满四分之一管径。第第26页页3.4 试验工况的对比试验工况的对比 、纵向排水管坡度为0.3%，横向排水管坡度为3%，流量为水流充满二分之一管径。、纵向排水管坡度为3%，横向排水管坡度为3%，流量为水流充满二分之一管径。、纵向排水管坡度为4%，横向排水管坡度为3%，流量为水流充满二分之一管径。第第27页页3.5 试验实施过程试验实施过程 先打开排水箱与纵向排水管之间的连接管阀门，通过连接管上方的流量计调整水的流量；当水流经纵向排水管与横向排水管进入集水箱后，再通过调节水泵的档位将集水箱中的水送入到排水箱，使得排水箱的排水速率与集水箱的集水速率保持一致，这样可让循环顺利进行。第第28页页3.5 试验实施过程试验实施过程 伴随着试验的进行，水溶液中的离子浓度会因为沉淀结晶而不断减少，因此，为了保持排水箱中的溶液离子浓度不变，需要定期加入溶质进行补充。离子浓度计可以检测到离子浓度的变化，通过对减少的离子进行补充，可以使得水溶液的离子浓度保持稳定。第第29页页.试验结果分析4.1 试验物理结果分析试验物理结果分析第第30页页 试验保持一天24小时进行，同时每隔15天称取排水管的质量，进而得到每隔15天排水管的质量变化；通过排水管的质量变化来推断结晶速率的快慢以及各影响因素的各自影响程度。第第31页页 试验共有六种工况，其中、工况的流量相同，纵向坡度不同，、工况也是流量相同，纵向坡度不同，通过单一变量控制法，观察每隔15天排水管的结晶情况变化，可以得出纵向坡度的大小对渗流结晶的影响。4.1.1 改变纵向排水管坡度改变纵向排水管坡度4.1 试验物理结果分析试验物理结果分析第第32页页 、工况和、工况以及、的纵向坡度相等，流量不同，通过单一变量控制法，观察每隔15天，纵向排水管和横向排水管的沉淀结晶情况；进而可以判断出流量大小对渗流结晶的影响。4.1.2 改变流量的大小改变流量的大小4.1 试验物理结果分析试验物理结果分析4.2 化学结果分析化学结果分析第第33页页 试验水溶液为根据隧道现场所测定的离子浓度，在试验室内配得相同的溶液。通过判断方解石饱和指数SIC，可以对岩溶水溶液的结晶倾向做出判断。当SIC0时，表示为过饱和，CaCO3沉积必定满足此条件；若SIC=0，则表示处于平衡状态;若SIC0，则表示处于欠饱和状态，此时溶液对CaCO3具有侵蚀性。第第34页页4.2 化学结果分析化学结果分析 规定溶液中的Ca2+和CO32-活度乘积LAP与相同温度下的碳酸钙的浓度积之比值用Sc表示，称为水对碳酸钙的饱和度，即Sc=LAP/Kc，其对数则为碳酸钙饱和指数SIC。其中LAP=aCa2+aCO32-(eq),为碳酸钙的溶解平衡常数。4.2 化学结果分析化学结果分析第第35页页 我们可以通过对现场取样的水溶液进行化学分析，计算其方解石的饱和指数SIC，通过计算所得的SIC大小，判定岩溶水溶液的结晶倾向及结晶沉淀快慢，进而对岩溶隧道排水管的堵塞失效年限提供参考依据。第第36页页.试验存在的不足第第37页页5.1未考虑围岩的影响未考虑围岩的影响 实际隧道排水管是处于围岩与支护之间，由于岩溶水的腐蚀性，破碎的围岩可能与泥沙等一起进入排水管，它们与结晶物作用可能会加速沉淀结晶。本实验限于条件，无法完全模拟，但因泥沙不与结晶物发生化学反应，两者之间只是物理作用，故忽略围岩作用对本实验的影响不大。第第38页页5.2试验系统非封闭试验系统非封闭 试验是在一个较开放的系统内进行，而实际隧道的排水管是位于围岩与衬砌之间，属于封闭的环境，各种条件都比较稳定。本试验在地下室进行，虽然也与外界有交换，但是温度、二氧化碳等都比较稳定，故可忽略其影响。第第39页页5.3其他地方结晶的影响其他地方结晶的影响 在本次试验中，为了使得试验循环的进行，必须有连接管和集水管，因而连接管和集水管的结晶沉淀是不可避免的。因为连接管和集水管的结晶沉淀不是本次试验的重点，应尽量避免或者减小其影响。所以考虑对连接管和集水管，采用光滑性能好的水管连接，而且水泵采用污水泵，将集水箱和集水管的结晶沉淀速率降至最低。第第40页页谢谢大家！谢谢大家！欢迎各位批评指导欢迎各位批评指导