山西省蛤蟆神水庫壩體土料試驗分析

賈寶萍

（山西省水利水電勘測設計研究院 山西太原 030024）

山西省蛤蟆神水庫壩體土料試驗分析

賈寶萍

（山西省水利水電勘測設計研究院 山西太原 030024）

蛤蟆神水庫除險加固工程的大壩加固改造中，其中一項采用大壩下游壩坡培厚措施，據(jù)此需對壩體土料進行物理性質試驗、分散性試驗、膨脹性試驗，并采用了多種試驗方法進行對比試驗分析，為工程的設計提供了可靠依據(jù)。

土料；試驗；標準；判斷

1 蛤蟆神水庫工程概況

蛤蟆神水庫地處山西省呂梁市嵐縣王獅鄉(xiāng)蛤蟆神村，位于汾河一級支流嵐河支流普明河上。

蛤蟆神水庫總庫容624萬m3，是一座防洪、灌溉綜合利用的小（1）型水庫。1972年7月動工興建，1975年5月完工。多年來大壩存在嚴重的塌坑滲流穩(wěn)定問題，且壩基滲漏嚴重，水庫一直處在空庫渡汛、低水位運用狀態(tài)。

蛤蟆神水庫樞紐工程由大壩、溢洪道、泄水灌溉洞等工程組成。大壩工程為均質土壩，最大壩高26.5m，壩頂長330 m；溢洪道位于大壩右壩頭，為開敞式土基溢洪道，全長174 m，由進口溢流段、泄槽段、出口挑流段三部分組成；泄水灌溉洞位于大壩左岸，為壩下埋涵，全長129.6 m，由進口段、進水塔段、無壓箱涵段、出口消力池段組成。

經(jīng)安全評價鑒定，蛤蟆神水庫為三類病險水庫。因此，為確保水庫工程安全運行，充分有效地利用當?shù)厮Y源，對水庫工程進行除險加固是十分必要。

2 問題的提出

蛤蟆神水庫大壩由于壩體施工質量較差，經(jīng)復核計算，雖新筑有壩體定噴防滲墻，在校核水位下下游壩坡出逸點仍較高，為保證大壩下游壩坡不發(fā)生滲透破壞，除險加固設計中結合壩頂加寬，將大壩下游壩坡培厚。為配合設計工作，了解壩體填土的質量及特性，需對壩體土料進行試驗分析。

3 土工試驗

3.1 試驗項目

該試驗試樣有6組原狀樣和10組擾動樣，其試驗項目分別有：含水率、密度、比重、界限含水率（聯(lián)合）、顆分（聯(lián)合測定）、針孔試驗、土塊試驗、雙密度計試驗（雙比重計）、自由膨脹率、無荷載膨脹率、膨脹力、制樣含水率、制樣干密度等。

3.2 試驗方法及過程

1）物理性質試驗

包括天然含水率、密度、比重、界限含水率和顆粒分析試驗。其中天然含水率采用烘干法測定；密度試驗采用環(huán)刀法測定；土粒比重采用比重瓶法；界限含水率使用STYS-1型數(shù)顯液塑限聯(lián)合測定儀測定，其中液限使用入錐深度為17 mm所對應的含水率值，塑限使用入錐深度為2 mm所對應的含水率值；顆粒分析采用篩析法和密度計法相結合的聯(lián)合測定法，分散劑選用4%六偏磷酸鈉溶液。土的定名按照《土工試驗規(guī)程》（SL237-1999）進行。

2）分散性試驗

土樣分散性試驗采用針孔法、土塊法和雙密度計法（雙比重計法）。

針孔法是通過土的抗沖蝕能力鑒別土的分散性。針孔法試驗所用試樣均為制備樣，“SJ13B”試樣的制樣含水率和干密度采用原狀樣品的相應參數(shù)；“ZK13B”試樣的制樣干密度為1.55 g/cm3、制樣含水率為 15.0%；“SJ13L”試樣的制樣干密度為 1.60 g/cm3、制樣含水率為15.5%。將土樣制成直徑約40mm、長38mm的試樣，并在試樣進口處預埋1.3 cm長的一個錐體，在試樣中間預制出1.0 mm的軸向針孔。依次在50、180、380、1 020 mm水頭下進行試驗。用流出水的濁度、最終孔徑和流量等試驗結果對土的分散性進行評價。

土塊法中“SJ13B”試樣為原狀樣；“ZK13B”試樣的制樣干密度為1.55 g/cm3、制樣含水率為15.0%；“SJ13L”試樣的制樣干密度為1.60 g/cm3、制樣含水率為15.5%。將土樣制成1 cm3的方形土塊投入盛有蒸餾水的量杯中，浸放5～10 min后觀察土塊中膠粒的分散性狀，以評價土的分散性。

雙密度計法（雙比重計法）是對土的顆粒組成進行兩次密度計法測定。第一次按常規(guī)土工試驗密度計法測定土的粘粒含量。第二次是不加任何分散劑，不煮沸、不攪拌，只將土樣用蒸餾水浸泡，抽氣10 min，倒入量筒，搖晃均勻后用密度計法測定土的粘粒含量。將兩次測定的粘粒含量比較，得出分散度D，以評價土的分散性。

3）膨脹性試驗

膨脹性試驗采用自由膨脹率、無荷載膨脹率和膨脹力三種方法。

自由膨脹率使用碾細并過0.50 mm篩的烘干土樣，測定其在水中膨脹穩(wěn)定后的體積增量與原體積之比。

無荷載膨脹率使用膨脹儀測定原狀樣在試驗結束時的無荷載膨脹率。

膨脹力試驗采用平衡法測定原狀樣在體積保持不變時，由于吸水膨脹而產(chǎn)生的最大內(nèi)應力，使用WG-1B型杠桿式三聯(lián)中壓固結儀進行試驗。

無荷載膨脹率和膨脹力試驗中，“SJ13B”試樣為原狀樣；“ZK13B”試樣的制樣干密度為1.55 g/cm3、制樣含水率為15.0%；“SJ13L”試樣的制樣干密度為1.60 g/cm3、制樣含水率為15.5%。

3.3 試驗成果及分析評價

1）物性指標分析評價

按照《土工試驗規(guī)程》（SL237-1999）的規(guī)定，土樣比重在2.70～2.72之間，顆粒組成基本上以粉粒（0.075～0.005 mm）為主，土樣均為低液限黏土，各種物理指標符合土的相關性和一般經(jīng)驗。

2）土的分散性分析評價

針孔法分散性試驗應根據(jù)《水利水電工程天然建筑材料勘察規(guī)程》（SL251-2000）表 A.2.2（詳見表 1）評價其分散性，針孔法分散性試驗具體情況和類別判斷詳見表2。

表1 針孔法試驗評價土的分散性標準表

土塊法分散性試驗根據(jù)《水利水電工程天然建筑材料勘察規(guī)程》（SL251-2000）表 A.2.4（詳見表 3）評價其分散性，試樣土塊水解后四周有微量混濁水，但擴散范圍很小，均為過渡型土。

雙密度計法（雙比重計法）分散性試驗根據(jù)《水利水電工程天然建筑材料勘察規(guī)程》（SL251-2000）表A.2.5（詳見表4）評價其分散性，試樣SJ13B-3-2、SJ13B-4-2、SJ13B-5-2、SJ13L-7-1、SJ13L-8-1、ZK13B-1-2、ZK13B-2-2 的分散度 D＝24.1～27.3，為非分散性土；其余試樣的分散度D＝30.1～37.3，為過渡型土。

表2 針孔法分散性試驗具體情況和類別判斷表

表3 土塊法試驗評價土的分散性標準表

表4 雙比重計法試驗評價土的分散性標準表

3）土的膨脹性分析評價

土樣的膨脹性首先根據(jù)自由膨脹率進行初判，根據(jù)《水利水電工程天然建筑材料勘察規(guī)程》（SL251-2000）表A.2.6（詳見表5）評價其膨脹潛勢，試樣自由膨脹率δe=0%～10%，具有極弱的膨脹潛勢，不屬于膨脹土。無荷載膨脹率為4.2%～21.8%，膨脹力為3.4～9.5kPa。

表5 膨脹土的膨脹潛勢分類標準表

4 結語

1）土樣比重在2.70～2.72之間，顆粒組成基本上以粉粒（0.075～0.005 mm）為主，土樣均為低液限黏土。

2）土樣分散性試驗中，試樣的制樣干密度和制樣含水率與《水利水電工程天然建筑材料勘察規(guī)程》（SL251-2000）中“用擊實儀擊實到干密度達最大干密度的95%以上”的要求有所不同。在此試樣狀態(tài)下，針孔試驗由于土體制樣干密度較小，試驗結果判別以分散性土為主，而土塊試驗結果判別為過渡型土。雙密度計法（雙比重計法）分散性試驗結果為過渡型土和非分散性土。

由于三種試驗方法作用機理不同，其分散性結論有可能不同，使用時應結合實際工況加以考慮。從安全性和可靠性方面考慮，工程應用時應適當考慮其分散性。

3）土樣自由膨脹率均小于等于10%，具有極弱的膨脹潛勢，且膨脹力較?。ň∮?0 kPa），不屬于膨脹土，但應注意在無荷載情況下加水后的膨脹率。

Test and Analysis of Soil Material for the Hamashen Reservoir Dam in Shanxi Province

JIA Bao-ping

One of the dam reinforcement measures such as thickening is designed in the downstream dam slope of the Hamashen Reservoir.A series of tests for soil material including physical property test，dispersion test and the expansion test were made in turn.A variety of test methods were used for comparative analysis.The results could provide reliable evidence for design of the project.

soil material；test；standard；judgment

TV64

B

1006-8139（2017）02-069-03

2017-03-02

2017-03-09

賈寶萍（1965-），女，1989年畢業(yè)于太原工業(yè)大學，高級工程師。