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关键词:筑坝土料;土工试验;配水设计
Abstract: This paper describes the test design of water mixing of dam soil and the implementation program of Nangoumen Reservoir Project of Yan'an, as well as the reasonable construction parameters got by test. The construction practice has proved that the data got by the test is accurate and feasible, which has played a critical role in the dam filling in later phase, providing reference for the similar projects.
Key words: dam soil; geotechnical test; design of water mixing
中图分类号:TU7 文献标识码:A 文章编号:2095-2104(2012
1. 工程概况
南沟门水库枢纽总库容2.006亿m3,为Ⅱ等、大(2)型,枢纽主要建筑物由拦河坝、导流泄洪洞、溢洪道、引水发电洞、坝后电站等五部分组成。
水库枢纽设计大坝为均质土坝,最大坝高68.0m,坝顶高程852.0m,需用土料472万m3。工程区位于陕北黄土高原南部,第四系上更新统(Q3eol)黄土和中更新统(Q2eol+pl)黄土状壤土分布广泛,坝区周围土料储量丰富,料场土层各项技术质量指标基本符合《SL251-2000规程》对均质土坝土料的质量要求,但由于工程区气候干旱少雨,地下水埋深大,根据对土料场进行复查,但天然含水率远小于土料的最优含水率,最小值仅7.0%,不符合设计要求和规范标准,不能直接用于坝体填筑,因此,对筑坝土料需要人工配水,在大面积开始泡土前需进行配水试验,确定合理的施工参数。
2.配水试验的工艺设计
此次配水试验采用畦(坑)灌法。这种方法在工程实际应用时是按地形将土料场分成若干大小不一的区块进行整平筑畦,然后灌水,在水分下渗、蒸发达到设计要求时开挖上坝。而试验中为了方便、准确的计算用水量及下渗深度等,实际是开挖成面积大、深度小的试验坑进行试验。通过不间断的取样测试工作,找出土料适宜的灌水量和待渗、开挖时段。
1)试坑位置、间距及开挖面积的选择
畦(坑)灌法试验用水量大,考虑到试验用水的拉运方便,又要保证试验的代表性和准确性,试验位置选择在A土料场高程824、830的平台进行。试验共开挖2个试验坑,在高程830平台将上部4m范围土料挖除后开挖试验坑S1,S1坑口为3m×3m深1m,主要为探明埋深4m左右土料人工配水的效果;在高程824平台表面开挖试验坑S2,S2坑口为6m×6m深1m,主要为探明表层土料人工配水的效果。
2)计划灌水量的确定
参照类似工程配水经验,灌水量设计是以(饱和含水率-天然含水率)×80%计算。考虑到实际开采中大型机械一次开挖深度约为4m,所以灌水量浸水深度4m计算,检查下渗后实际达到的深度。
3)待渗期的确定和检查孔设计
所谓待渗期就是从水全部进入试坑开始,到水分下渗并使有效开采深度内的土料含水率满足上坝开采要求所需的时间段,通过不断的取样测试工作,最终确定出待渗期。根据《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》,均质坝土料的“天然含水率与最优含水率或塑限接近者为优”。 试验区土料的最优含水率wop=17.0%,根据《碾压式土石坝施工规范》的规定,满足上坝要求的土料含水率宜在15%~20%之间,参照类似工程经验,土料在开采、运输及摊铺过程中水分的损失在2%~3%,因此土料适宜开采的含水率范围为18%~21%。本次试验的待渗期确定按有效开采深度内土料含水率进入18%~21%时认为待渗期结束,进入开采期。有效开采深度的确定原则是:土料注水下渗后,在渗透范围内土料含水率达到18~21%的最大深度即确定为有效开采深度。
检查孔是用洛阳铲造孔,每0.5m取样一组,进行含水率测定,检查孔布置从试验坑中心开始,与试坑一侧边线呈90°直交向两侧辐射,孔与孔之间距离设计为1m,每0.5m深度取样一组,每次取样结束用孔内取上的土进行原土封孔。
4)含水率的测定
含水率测定是用烘干法,其操作方法按《土工试验规程》的规定进行。
5)开采期结束的标准
开采期结束的标准为:有效开采深度范围内的土料平均含水率降至18%时,认为开采期结束,土料应停止开采。
6)资料整理和评价
采用计算、图表等综合分析的方式进行比对分析,确定土料配水及开采的相关参数,为后期土料场人工配水提供必要的技术参数和基础资料。
3.试验实施
1)试坑开挖
试坑开挖先采用挖掘机,人工修整。开挖过程中机械不进入坑内,以保证不改变试坑内土层的天然状态。S1试坑位于A料场高程830的台阶,为探明不同深度处土料的渗透效果,将高程830台阶上部4米范围土料挖除后挖试坑S1,S1开挖面积均为3m×3m,深1m。S2试验坑位于A料高程824的平台的表层,S2开挖面积为6m×6m,深1m。
2)测定原始含水率
本次试验在开挖的S1、S2试坑内共取样20组进行了土层天然含水率测定,取样深度均为5.0m。机械开采深度一般在4m左右,所以试坑平均含水率计算选用了4m深度范围的平均值。天然含水率随深度变化过程如图1、图2所示。从曲线图可以看出,不同深度处的天然含水率差别较大,分析认为这主要与土层粘粒含量及试验坑所处的位置有关。
3)试坑注水
试验坑注水,对运水车辆安装了流量表统计水量,按照计算好的水量进行注水,全过程试验人员分班值守,严格按计划方案执行,S1试验坑注水9.9m3,S2试验坑注水36m3。试坑注水模拟现场土料场配水时的加水方式进行注水,在水罐车出水口安装上水表,然后从水表出水口直接向试坑中注水,并将计算好的水量一次注入试坑。
4)取样测试
取样检测孔间距1m,深度方向每0.5m取样一组进行含水率检测,至水分下渗的干湿分界以下1m。每次取样结束用孔内取上的土进行原土封孔,以保证水份不会从孔内损失。
4.成果分析评价
1)含水率分析
经过多次的取样测试,对试验坑含水率变化趋势作出相应分析。通过曲线图找出各试坑待渗期和可开采期的时段。
【关键词】植物生理学实验课程;教学改革;效果
基金项目:本文系新疆农业大学科学技术学院2015年度教学研究项目“‘植物生理学’实验课程教学改革初探”(编号:2015JY004)的研究成果。中图分类号:G642.0文献标识码:A文章编号:1671-0568(2015)32-0075-02
随着高等院校改革的不断深入,要求培养的大学生是“厚基础,强实践,求创新,重素质”的应用型创新人才。如今,全国高等农业院校对实验课程教学重要性的认识不断增强,在此方面的改革成果也越来越多。“植物生理学”在高等院校生物相关专业中占有重要地位,是生物科学和生物技术专业必修的重要专业基础课,而植物生理学实验是“植物生理学”课程教学的重要组成部分。“植物生理学”是研究植物生命活动规律的科学。植物生理学实验加深学生对植物生理学理论和实验基本原理的理解,更好地促进植物生理学理论课程的教学,是进行植物生理学实践能力培养的重要环节,因而植物生理学实验也是整个课程的重要组成部分。如何通过植物生理学实验课的学习,使学生能够加深对植物生命活动基本规律的认识,让学生掌握植物生理学的基本实验方法与技能,并在科学态度、独立科研能力等方面进一步得到加强,是我们应该思考并应加以尝试的。对此,学院根据实际情况对生物技术专业大学二年级学生开设的“植物生理学”实验课程有所改革,以期提高学生的学习兴趣,增强学生的求知欲。
一、改革前“植物生理学”实验教学中存在的问题
1.实验材料单一,来源受限“植物生理学”实验课程的实验材料一般来源于户外花草树木的叶片、花的采集。此门课程的实验课程根据生物技术专业的培养方案和要求安排在冬天开设,对于新疆乌鲁木齐这样冰天雪地的地方,冬天户外无法采集到上课所需的植物叶片和花朵,教师上课时也只能从菜店买些叶菜类蔬菜满足实验教学,造成本门实验课程实验材料采集受限且花费较大,加之现在的蔬菜难免会打农药和激素,有可能会影响实验结果,给实验带来较多的不便和困难。2.实验课前的准备和课后的清理工作基本由教师完成改革前,“植物生理学”实验课程课前的准备工作包括试剂药品的称量、配制、分装,到上实验台及课后试剂瓶的撤台、清理工作一直由教师完成,学生并没有参与到实验前的准备和试验后的收尾工作,不了解实验试剂配制浓度准确性的重要性和试剂瓶清洗工作不到位对后续使用者试验结果影响有多大,更不清楚整个实验从实验准备到实验结束的流程,使学生觉得上实验课很轻松,导致部分学生根本不重视实验课程,做实验时不认真,马马虎虎,吸取试剂多点少点无所谓,用移液管往试管中量取试剂时不准确,从而一次又一次的重复操作,造成试剂浪费,不懂得也更体会不到药品试剂的珍贵,不珍惜教师的劳动成果。3.教师按部就班地讲解,学生机械性地操作“植物生理学”实验课程教学改革前,由于试验中所用到的所有试剂药品的配制由教师完成,实验步骤也由教师写好,进行“植物生理学”实验课程时,教师只是按照实验原理、实验步骤、实验过程及实验结果按部就班地从头讲到尾,学生上实验课时也只是按照教师提供的模板机械性地完成,甚至违规操作;对于实验结果的正确性、实验原理以及目的漠不关心。这样根本不能调动学生的积极性和主观能动性,更不能激起学生的学习兴趣和创造力。
二、改革后“植物生理学”实验的探索
1.实验材料完全由学生培养,种类多进行教学改革后,“植物生理学”实验材料完全由学生自己培养。根据班级人数分组,每组选择一种不一样的实验材料,有从种子开始种植的,还有进行扦插的,有土培的,也有水培的,这样学生做实验时比较有兴趣,彼此每组的实验材料不一样,实验结果可能有点差别,学生做实验时很想知道各自培养的实验材料的结果如何,上课时就会态度更端正,能有兴趣地提出各种有关各自材料出现的实验现象等问题,充分调动了学生的积极性,同时还节省了实验材料成本。2.学生全程参与实验,提高操作技能改革后,学生从起初材料的培养到实验课程课前的实验准备,包括试剂药品的称量、配制、分装,到上实验台及课后试剂瓶的撤台、清理工作一直全程参与,由于实验前的准备工作是学生自己辛勤劳动的结果,学生能体会到准备实验时的辛苦和不易,所以在进行实验时会更注重实验过程,生怕浪费过多的试剂药品。因每个组循环做实验,实验完后学生在清洗试剂瓶时也非常认真,因为如果别的组试剂瓶清洗得不干净会影响到自己小组的实验结果,一旦影响实验结果,要么是实验结果不理想,实验现象不明显,要么是实验结果完全出不来,根本无法观察到实验现象。同样如果自己的试剂瓶清洗不干净,也会影响到后面组同学的试验结果,学生明白了并亲身体验到实验结果的重要性,所以在清洗瓶瓶罐罐时候洗得非常干净,在实验结束的收尾工作时也非常细心和认真,生怕自己的粗心影响到彼此的实验结果。如果试剂配制的不准确也会影响到实验结果,学生知道实验结果的重要性后,在实验前的准备工作时就会认真、严格,做到准确无误地完成试剂的配制工作,提高了学生对实验准备、实验过程及整个实验的认知度。3.提高主观能动性,激起学生的求知欲在实验材料的培养、实验前准备及试验后收尾工作都由学生自己完成的条件下,教师会促进学生做好实验前的预习工作,这样实验操作过程中学生就比较有把握,学生从实验原理到实验过程再到实验结果,实验过程中什么阶段注意什么问题,实验过程中哪些是关键点,哪些制约影响到实验结果,就比较清楚了。同时学生能清楚本实验的目的,熟练地掌握实验流程,真正地达到学生带着问题学知识,充分体现出此实验课程的改革能激起学生的求知欲和创造力。
三、结语
“植物生理学”实验课程教学的改革,通过对实验材料、实验前的准备、实验过程、试验后的收尾工作有所改革,对教学方法进行探索,总体取得了较为明显的教学效果,增强了学生的实践技能和动手能力,激发了学生的学习兴趣,提高了学生的积极性和创造力,极大地发挥了学生的主观能动性。我们在以后的实验教学过程中,会继续努力,探索实验教学方法,更进一步。
参考文献:
[1]陈颖,汪南阳,谢寅峰.林业院校植物生理学实验课程教学改革与实践探索[J].安徽农业科学,2012,40(6):3817-3819.
[2]潘瑞炽.植物生理学(第七版)[M].北京:高等教育出版社,2012.