導(dǎo)語：水利水電筑壩材料工程特性試驗研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：昔格達(dá)地層具有成巖低、結(jié)構(gòu)構(gòu)造不均一，富含粘粒及粘土礦物，壓縮性較強，遇水易軟化，脫水崩解等特點。通過對昔格達(dá)泥巖夾粉砂巖的物理性質(zhì)分析及工程特性試驗研究，結(jié)果表明:①昔格達(dá)泥巖夾粉砂巖土料的可溶鹽和有機質(zhì)含量以及pH值都滿足規(guī)范要求，且土料為非分散性、非膨脹土，滲透系數(shù)小于10－4cm/s，滿足規(guī)范對均質(zhì)壩土料的質(zhì)量技術(shù)要求;②昔格達(dá)土在天然含水率下易壓實，且具有較高的強度和中等壓縮性，可以作為均質(zhì)壩的筑壩材料。

【關(guān)鍵詞】昔格達(dá)土;筑壩材料;試驗研究;膨脹性;壓縮性

1引言

均質(zhì)土壩由于其對地基條件具有良好的適應(yīng)性、能就地取材、能充分利用建筑物開挖料、施工機械化程度高、造價較低等優(yōu)點，成為世界各國水利水電建設(shè)廣泛采用的壩型。攀西地區(qū)廣泛分布的昔格達(dá)地層，造就了昔格達(dá)土均質(zhì)壩在攀西地區(qū)的廣泛使用。但在工程界上昔格達(dá)土作為筑壩材料一直存在著爭議，因為昔格達(dá)組是半成巖、也是一種工程性質(zhì)較差的極軟巖，其特點就是成巖低、結(jié)構(gòu)構(gòu)造不均一，富含粘粒及粘土礦物，壓縮性較強，遇水易軟化，脫水崩解等特點［1］。目前的研究絕大多數(shù)集中在交通工程方面對昔格達(dá)土地層的工程性質(zhì)研究。王思敬［2］對攀西地區(qū)的昔格達(dá)地層進(jìn)行了工程地質(zhì)特性的研究，進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析和工程地質(zhì)分區(qū);李后強［3］在對攀西地區(qū)滑坡發(fā)育的理論研究中，得到了昔格達(dá)地層的極易滑坡的角度為28°，它的易滑角度在26°～30°之間;文獻(xiàn)［4－5］對昔格達(dá)組地層上面的滑坡發(fā)生機制以及滑坡特征進(jìn)行了描述，認(rèn)為昔格達(dá)地層自身的特點是滑坡發(fā)生的內(nèi)因，而開挖導(dǎo)致斜坡平衡破壞是外因;李小泉［6］說明了不同昔格達(dá)地層的性質(zhì)變化較大，但它可以作為廠房地基的持力層;吉隨旺等［7］認(rèn)為昔格達(dá)巖層可以作為結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)的持力層，并通過實驗取得了泥質(zhì)粉砂巖的樁基承載參數(shù);另外，成都理工大學(xué)聶德新［8］進(jìn)行了昔格達(dá)地層用作高速公路填料的試驗研究;蔡先慶等［9］在西攀高速公路新久工點對昔格達(dá)地層進(jìn)行現(xiàn)場壓板荷載試驗確定地層力學(xué)參數(shù)。昔格達(dá)地層在水利工程上的應(yīng)用研究相對較少。彭盛恩［10］在對昔格達(dá)土作為筑路壩特性材料的研究中，得出的結(jié)論為:昔格達(dá)組50%～33%的粘土礫土與50%～67%細(xì)砂礫土的混合土具有較高的抗剪強度和較低的壓縮性，滲透性中等，抗?jié)B透變形特征較好，適合于作筑壩材料;杜守來等［11］研究了昔格達(dá)組泥巖的工程特性，認(rèn)為昔格達(dá)組泥巖可以作為壩體的防滲土料;左永振等［12］研究了昔格達(dá)組粉砂巖具有較好的抗剪強度，壓縮性中等偏低，滲透性中等，抗?jié)B透變形特征較好，可以作為筑壩土料。本文通過工程實例對昔格達(dá)泥巖夾粉砂巖作為筑壩材料進(jìn)行物理力學(xué)試驗研究，表明昔格達(dá)土可以作為均質(zhì)壩的壩體土料，為昔格達(dá)土地層在水利工程上作為筑壩材料的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

2工程實例

某水庫工程位于金沙江北岸一級小支流上，是一座以農(nóng)業(yè)灌溉為主，兼有農(nóng)村生活供水等綜合利用的中型水利工程。水庫正常蓄水位1169.1m，總庫容2069.2萬m3，推薦壩型為昔格達(dá)土均質(zhì)壩，最大壩高65.0m。所需筑壩土料料場位于擬建水庫左岸上游距壩軸線約150m，料場所在山梁地層大部分由昔格達(dá)組泥巖與粉砂巖互層構(gòu)成，表層為昔格達(dá)組地層風(fēng)化后形成的粉質(zhì)粘土混雜少量卵石，料場面積約20萬m2，儲量約600萬m3，遠(yuǎn)大于筑壩所需3倍儲量的要求。

3昔格達(dá)土的物理性質(zhì)

3.1顆粒分析

昔格達(dá)土粒最大粒徑較小，級配良好可直接采用土粒的天然級配作為設(shè)計級配，其顆粒組成見表1［13］。從表1中看出，所有土樣的最大粒徑為1mm，不含礫粒。根據(jù)《水利水電工程天然建筑材料勘察規(guī)程》(SL251－2000)，試樣的砂粒含量為40.0%～62.9%，平均值為50.7%;粉粒含量為26.9%～40.8%，平均值為35.8%;粘粒含量為8.6%～22.1%，平均值為13.4%。

3.2礦物成分

通過化學(xué)分析［13］，料場昔格達(dá)泥巖夾砂巖的可溶鹽含量為0.04%～0.06%，有機質(zhì)含量為0.03%～0.08%，pH值為8.2～8.6，硅鋁比為3.86～3.97。

3.3分散性

對于土的分散性質(zhì)研究，采用土塊試驗法［14］:將保持天然含水量的土塊制成1cm3左右的土塊投入盛有蒸餾水的量杯中，浸沒5min～10min后觀察土塊中膠粒的分散性狀。通過試驗，有7個土樣無分散出膠粒的反應(yīng)，水色是清的。有兩個土樣分解后周圍有微量渾濁水，但擴散范圍很小，且很快變清，根據(jù)規(guī)范［14］可判斷昔格達(dá)土料為非分散性土。

3.4膨脹性

自由膨脹率是人工制備的松散干燥試樣在純水中膨脹穩(wěn)定后的體積增量與原體積之比，膨脹率是指試樣在有測限條件下膨脹的增量與初始高度之比，膨脹力是指土體吸水膨脹時所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力［15］。通過對昔格達(dá)土料進(jìn)行自由膨脹率試驗［13］，得到昔格達(dá)土樣的自由膨脹率為2.0%～7.0%，平均值為4.4%，土樣的自由膨脹率都小于40.0%，由此判定昔格達(dá)土料為非膨脹性土。3.5滲透性根據(jù)昔格達(dá)土的室內(nèi)滲透試驗，昔格達(dá)土的滲透系數(shù)為7.84×10－6cm/s～8.83×10－5cm/s，為微透水～弱透水。

4昔格達(dá)土的工程特性

4.1擊實特性

考慮開挖料顆粒不均以及黏土質(zhì)充填物含量的不同，對昔格達(dá)土進(jìn)行擊實試驗以確定填料的最優(yōu)含水率和最大干密度。擊實試驗采用標(biāo)準(zhǔn)擊實儀進(jìn)行試驗，得到昔格達(dá)土樣的最優(yōu)含水率為17.8%～19.0%，最大干密度為1.65g/cm3～1.71g/cm3，最優(yōu)含水率和最大干密度的平均值分別為18.4%和1.69g/cm3。

4.2力學(xué)特征

(1)壓縮性對昔格達(dá)土開挖料進(jìn)行飽和及非飽和的土樣壓縮試驗，試驗面積30cm3，高度5.0cm，最大豎向壓力0.8MPa，控制干密度按照壓實度0.97計算，控制干密度為1.64g/cm3。試驗結(jié)果見表2和表3［13］。由表可知，飽和土樣的壓縮系數(shù)α1－2為0.102MPa－1～0.159MPa－1，平均值為0.133MPa－1，介于0.1MPa－1～0.5MPa－1之間，為中等壓縮性土。非飽和土樣的壓縮系數(shù)α1－2為0.094MPa－1～0.171MPa－1，平均值為0.127MPa－1，介于0.1MPa－1～0.5MPa－1之間，為中等壓縮性土。在各級壓力下，非飽和土樣的壓縮系數(shù)稍小于飽和土樣，壓縮模量稍大于飽和土樣。(2)抗剪強度對昔格達(dá)土料進(jìn)行非飽和不排水(氣)、飽和固結(jié)不排水、飽和固結(jié)排水三軸剪切試驗。試驗面積A=30cm3，高度12.0cm，最大圍壓0.4MPa，根據(jù)試驗規(guī)程［15］對不同剪切方法所規(guī)定的速率進(jìn)行剪切。試驗結(jié)果見表4［13］，結(jié)果表明，昔格達(dá)土料非飽和不排水(氣)剪所得的粘聚力c值介于28.6kPa～74.2kPa之間，平均值為50.2kPa，相應(yīng)的內(nèi)摩擦角介于20.2°～29.8°之間，平均值為25.6°;飽和固結(jié)不排水剪所得的粘聚力c值介于18.2kPa～41.9kPa之間，平均值為29.1kPa，相應(yīng)的內(nèi)摩擦角介于23.5°～31.6°之間，平均值為28.2°;飽和固結(jié)排水剪所得的粘聚力c值介于11.1kPa～33.8kPa之間，平均值為18.5kPa，相應(yīng)的內(nèi)摩擦角介于27.2°～34.1°之間，平均值為31.4°。

5結(jié)論

通過對昔格達(dá)土料的試驗研究，表明昔格達(dá)土料的可溶鹽和有機質(zhì)含量以及pH值都滿足規(guī)范要求，且土料為非分散性、非膨脹土，滲透系數(shù)小于10－4cm/s，滿足規(guī)范對均質(zhì)壩土料的質(zhì)量技術(shù)要求。昔格達(dá)土為中等壓縮性土，其抗剪強度參數(shù)比一般粘性土好，可以作為均質(zhì)壩的壩體土料。但鑒于昔格達(dá)土自身的特點，作為筑壩材料在施工過程中應(yīng)注意對含水量的控制和對施工質(zhì)量的控制。根據(jù)已建工程的實際運行情況，應(yīng)解決好下游壩體的排水問題，壩體在運行過程中對于下游后壩坡壩排水問題還有待進(jìn)一步研究.

作者：杜守來 肖富桔 杜國印 單位：攀枝花市水利水電勘測設(shè)計咨詢有限公司 山東昌利建設(shè)工程有限公司