軟巖筑壩料物理力學(xué)試驗(yàn)研究

楊 颋

(四川省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，四川 成都 610072)

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·水利工程·

軟巖筑壩料物理力學(xué)試驗(yàn)研究

楊 颋

(四川省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，四川 成都 610072)

基于某工程擬選料場的室內(nèi)巖土試驗(yàn)，分析了軟巖的物理力學(xué)性質(zhì)及其作為筑壩料的可能性，指出在土石壩設(shè)計(jì)中，由于建設(shè)成本的因素，將軟巖作為筑壩料的應(yīng)用將更加廣泛。

筑壩料，軟巖，物理力學(xué)性質(zhì)，滲透系數(shù)

近年來，當(dāng)?shù)夭牧蠅我褟V泛應(yīng)用于土石壩的設(shè)計(jì)當(dāng)中，根據(jù)就近原則，充分考慮壩址區(qū)附近的天然建筑材料更有利于節(jié)約成本。除了硬巖，軟巖筑壩也不可避免的成為土石壩設(shè)計(jì)中必須考慮的一種情況。本文根據(jù)某工程筑壩料擬選料場的室內(nèi)巖土試驗(yàn)資料，分析了軟巖的物理力學(xué)性質(zhì)及其作為筑壩料的可能性。

該料場距離壩址區(qū)約4.0 km，交通較方便，但地質(zhì)情況復(fù)雜，總體上中硬巖與軟巖各占約一半，以礫巖、粉砂質(zhì)泥巖與泥質(zhì)粉砂巖為主，夾薄層砂巖和含礫砂巖，且形成不等厚互層結(jié)構(gòu)。

1 試驗(yàn)方法

從取回試樣中，按料場地層出露情況、巖石占比地質(zhì)統(tǒng)計(jì)資料、開采情況、開采料極限狀態(tài)和分區(qū)壩用料要求等，配制4種試樣(見表1)。

表1 試樣詳表

筑壩料試驗(yàn)級配包括試驗(yàn)擬定級配和試驗(yàn)替代級配。筑壩料試驗(yàn)級配均采用上中下包線方式。

試驗(yàn)替代級配采用等量替代法。受試驗(yàn)設(shè)備尺度限制，將大于60 mm部分按比例等量替代到小于60 mm部分，而保持小于5 mm細(xì)料含量不變，調(diào)整確定試驗(yàn)替代級配，以最大限度地反映分區(qū)壩料工程性質(zhì)。

筑壩料采用松填法測定最小干密度，分層振動法測定最大干密度，并測定振后級配，以了解其顆粒破碎情況。筑壩料根據(jù)工程等級、大壩壩高及填筑要求，以最大干密度乘以0.98作為試驗(yàn)控制干密度。筑壩料相對密度試驗(yàn)見表2。

表2 筑壩料相對密度試驗(yàn)

1)滲透試驗(yàn)。用室內(nèi)大型滲透儀試驗(yàn)研究壩料的滲透性質(zhì)，測定滲透系數(shù)，當(dāng)滲透系數(shù)低于強(qiáng)透水性時(shí)測定臨界坡降。筑壩料滲透試驗(yàn)見表3。

2)固結(jié)試驗(yàn)。用大型固結(jié)儀試驗(yàn)研究壩料的壓縮性質(zhì)，測定其壓縮系數(shù)和壓縮模量。根據(jù)壩基和壩體應(yīng)力狀況，固結(jié)試驗(yàn)施加最大垂直力為3.2 MPa，分6級施加：0.1 MPa，0.2 MPa，0.4 MPa，0.8 MPa，1.6 MPa，3.2 MPa。

3)三軸試驗(yàn)。用大型三軸儀試驗(yàn)研究壩料的抗剪強(qiáng)度。根據(jù)壩基和壩體應(yīng)力狀況，三軸試驗(yàn)施加最大圍壓為1.6 MPa，分4級施加：0.2 MPa，0.4 MPa，0.8 MPa，1.6 MPa。

表3 筑壩料滲透試驗(yàn)

2 試驗(yàn)結(jié)果

按規(guī)范及級配連續(xù)要求，并結(jié)合類似工程經(jīng)驗(yàn)，筑壩料取最大粒徑為400 mm，600 mm，800 mm，小于5 mm粒徑百分含量為20%，15%，10%，小于5 mm各粒組含量按實(shí)際測定；確定了各筑壩料的試驗(yàn)擬定級配上中下包線，初擬級配見圖1。

無論是粉砂質(zhì)泥巖筑壩料，還是粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖和粉砂巖混合筑壩料，級配對最大干密度、最小干密度影響不大；粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖與鈣質(zhì)礫巖混合后，混入鈣質(zhì)礫巖使最大最小干密度明顯增大。

不同混合比例的混合料、相同小于5 mm含量，滲透系數(shù)隨鈣質(zhì)礫巖和粉砂巖含量的增加而增大；相同混合比例的混合料，滲透系數(shù)隨小于5 mm含量的增加而減小?；旌蠅螝ち现幸蚝^大比例的軟巖，在壩體運(yùn)行中因軟巖易浸水軟化，其透水性會進(jìn)一步降低。

該料場鈣質(zhì)礫巖、砂巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖等巖性混合筑壩料，以不同比例混合后，相同小于5 mm含量下，干密度、滲透系數(shù)和抗剪強(qiáng)度有較大差異：粉砂質(zhì)泥巖、鈣質(zhì)礫巖混合后，干密度、滲透系數(shù)和抗剪強(qiáng)度較粉砂質(zhì)泥巖增大；粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖混合后，干密度較粉砂質(zhì)泥巖減小，而滲透系數(shù)和抗剪強(qiáng)度較純粉砂質(zhì)泥巖增大。

筑壩料e—p曲線見圖2。

筑壩料為低～中等壓縮性。筑壩料抗剪強(qiáng)度見表4。

表4 筑壩料抗剪強(qiáng)度

粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖等軟巖及其與粉砂巖以不同比例混合的混合料，相同小于5 mm含量，滲透性為中等～弱透水性；粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖等軟巖與鈣質(zhì)礫巖和粉砂巖等堅(jiān)硬巖混合，且鈣質(zhì)礫巖和粉砂巖等堅(jiān)硬巖含量不低于50%時(shí)，為中等透水性。

不同混合比例的混合料之間、相同小于5 mm含量，滲透系數(shù)隨鈣質(zhì)礫巖和粉砂巖等堅(jiān)硬巖含量的增加而增大；相同混合比例的混合料，滲透系數(shù)隨小于5 mm含量的增加而增大。

3 結(jié)論及建議

建議在分區(qū)設(shè)計(jì)時(shí)，考慮滲透系數(shù)受不同巖性混合比例和小于5 mm含量影響規(guī)律；鈣質(zhì)礫巖和粉砂巖等堅(jiān)硬巖含量不低于50%且設(shè)有保護(hù)和排水措施時(shí)，用于上游壩殼；粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖等軟巖混合料，用于設(shè)有保護(hù)措施的上游死水位以下或下游干燥區(qū)。

[1] 劉 瑩，羅林峰．堆石料強(qiáng)度及變形研究[J]．吉林水利，2008(26)：111-112.

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On physical dynamic tests of soft rock dam materials

Yang Ting

(SichuanWaterConservancyandHydropowerSurveyandDesignInstitute,Chengdu610072,China)

Based on the indoor geotechnic test of some selected material sites in some project, the paper analyzes the physical dynamic property of the soft rock and the possibility of the dam materials, and points out the application of the soft rock as the dam material can be extended for the factors of the construction cost in the earthwork dam design.

dam material, soft rock, physical dynamic property, permeability coefficient

1009-6825(2017)07-0229-02

2016-12-19

楊 颋(1987- )，男，碩士，助理工程師

TV641

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