遵义清水河水库红黏土料试验研究

陈凤娟 毛天鹏

(1.遵义市产品质量检验检测院，贵州遵义 563000;2.遵义水利水电勘测设计研究院，贵州遵义 563000)

1 概述

清水河水库位于遵义县尚嵇镇江林村境内，距遵义县城43km。水库地处乌江水系清水河上游，坝址以上流域面积58.5km2，海拔高程800～1200m，水库设计总库容400万m3，是一座以灌溉为主、兼集镇人畜饮水的小(1)型水库。大坝为黏土均质土坝，1973年初大坝主体工程完工投入使用。由于工程建设时间较久，水库运行至今，存在坝体、坝基接触带及左坝肩绕坝渗漏，渗漏量随库水位上升呈增大趋势，大坝枢纽区出露寒武系娄山关群至二迭系下统栖霞—茅口组灰岩。由于漏水严重，工程不能正常发挥效益，且渗水对坝体产生淘刷，不利于大坝安全。笔者参与了该工程除险加固设计中大坝填筑料的物理力学性能试验研究等工作，现就对大坝填筑料及料场红黏土的物理力学性能的试验研究予以总结，有利于类似工程土料类比使用和参考。

2 大坝填筑料试验

该除险加固工程中大坝填筑料及料场土样采取现场开挖和钻孔芯样，上游坝坡和下游坝坡采取现场开挖样，先清除表面1.0m后用环刀取样;坝中采取现场开挖和钻孔结合的方式，钻孔中取样采用回转钻进，下放取土器前应仔细清孔，清除扰动土，孔底残留浮土厚度不应大于取土器废土段长度，严格执行原状土取样的有关规定，确保采取Ⅰ、Ⅱ级质量土样，保证土样室内物理力学性能试验研究的真实可靠。

2.1 土样物理性试验

2.1.1 坝体填筑料

工程现场采取的土样在室内按《土工试验规程》(SL 237—1999)进行各项物理性质试验，取样位置、数量，指标最大值、最小值、平均值，颗粒分析试验等指标见表1和表2。

表1 填筑料土样物理性质试验成果和计算指标

表2 填筑料土样颗粒级配试验成果和计算指标

2.1.2 土料场

在水库大坝右岸下游500m处土料场取样9件按《土工试验规程》(SL 237—1999)进行室内物理性质试验，最大值、最小值、平均值等指标见表3。

2.1.3 膨胀和收缩试验

在土料场取原状土样和重塑各6件按《土工试验规程》(SL 237—1999)进行膨胀和收缩试验，成果指标平均值见表4。

表3 土料场土样物理性质试验成果和计算指标

表4 土料场土样膨胀和收缩试验成果和计算指标

2.2 土样力学性试验

2.2.1 坝体填筑料

现场采取的土样在室内进行各项力学性质试验，取样位置、数量，指标最大值、最小值、平均值、标准差、变异系数等指标见表5。

表5 填筑料土样力学性质试验成果

2.2.2 土样击实试验及抗剪试验

该样品采用轻型击实试验，土料粒径小于5mm，单位体积击实功能为592.2kJ/m3。土样黏粒含量高，试验中增加击实次数以达到增加密度，工程实际碾压填筑时要防止红黏土的团粒结构破坏呈“橡皮”土层，取40kg土料混合均匀，根据土料场土样物理性质试验塑限成果预估最优含水率，制备5个不同含水率土样进行击实试验，求出最大干密度和最优含水率。然后以最大干密度和最优含水率制备抗剪试验样品进行抗剪试验，密度误差小于0.02g/cm3，含水率小于1%，试验成果指标见表6。

表6 土样击实试验及抗剪试验成果

3 红黏土物理力学指标

3.1 物理力学性能参数

a.由表1～表5指标可知，填筑料含水率、土料比重、液限、塑限等物理指标平均值，上游坝坡、下游坝坡和坝中部差异性小。

b.有较高的界限含水量和塑性，膨胀不大，但有明显的收缩。

c.有较好的力学性能，坝体填筑料凝聚力、内摩擦角等力学指标平均值、标准差和变异系数有明显差异;总体为上游坝坡指标变异小，坝中部指标变异居中，下游坝坡指标变异大。

d.土料场物理力学参数指标变异小，最优含水率接近天然含水率低值，最大干密度大于天然状态下的干密度，击实后土样抗剪强度指标大于坝体填筑料指标。

3.2 物理力学性参数标准值及推荐值

根据上述试验成果，按照《水利水电工程地质勘察规范》“附录E岩土物理力学参数取值”规定提出土物理力学参数标准值，见表7。

表7 土样物理力学参数标准值及推荐值

4 结语

清水河水库除险加固设计中，对大坝填筑红黏土料的试验研究所提出的土物理力学参数标准值，在工程设计中得到运用。红黏土在天然状态下，一般处于硬～可塑状态，是水工建筑较好的筑坝材料。土料最大干密度受击实功能和含水率两项因素的影响，在含水率一定的情况下，干密度随击实功能增大而增加;在击实功能一定的情况下，土体的干密度与含水率呈现出正态曲线关系，在某一适中含水率时土体干密度最大。工程实施时压实机具选择重型、较重型施工机械是必要的。该工程施工效果较好，达到了除险加固的目的。

红黏土是碳酸盐岩类岩石经过化学风化和红土化作用形成的，广泛分布，其工程特性比较特殊，具有高孔隙性，低密度。上坝含水率的选择应根据料场实际情况，结合试验研究的最大干密度和最优含水率确定符合工程的合理标准，含水率过大会影响筑坝质量，含水率过小，塑性减弱，填筑土体失去承受不均匀沉降的能力。总之，红黏土由于具有较好的力学性能和耐水性，是良好的筑坝材料，不应因其含水率高和干密度低而弃之不用。但它的性质特殊、变化大，应研究土料的性质，确定合理的填筑标准，以便满足工程要求。■

［1］ GB 50487—2008水利水电工程地质勘察规范［S］.北京:中国计划出版社，2009．

［2］ SL 55—2005中小型水利水电工程地质勘察规范［S］.北京:中国水利水电出版社，2005．

［3］ SL 251—2000水利水电工程天然建筑材料勘察规程［S］.北京:中国水利水电出版社，2000．

［4］ SL 237—1999土工试验规程［S］.北京:中国水利水电出版社，1999．

［5］ GB/T 50123—1999土工试验方法标准［S］.北京:中国计划出版社，1999．

［6］ 毛天鹏．区域土—红黏土特性［J］．岩土力学与工程，1995，153-164．