分散性黏土大坝研究现状及存在问题探讨

孙家勇，周方录，郭丽名

(大庆市松嫩工程管理处，黑龙江 大庆 163311)



分散性黏土大坝研究现状及存在问题探讨

孙家勇，周方录，郭丽名

(大庆市松嫩工程管理处，黑龙江 大庆 163311)

摘要：分散性黏土是世界上分布广泛的一种特殊土，对水利大坝危害很大。文章简要介绍了分散性黏土的分散机理、判别试验、大坝常见处理措施及存在的主要问题。针对存在的一些问题，作了一些探讨。针对5种试验结果不吻合的情况，主要应该从分散性机理方面找原因，进一步加深分散性黏土特性研究，同时应当规范分散性黏土的判别标准和试验规程，使土的分散性判别方法标准化、定量化。

关键词：分散性黏土；分散机理；判别试验；处理措施

0前言

分散性黏土是一类特殊土，在世界上，澳大利亚于20世纪50年代首先发现分散性黏土，之后在美国、以色列、越南等国也发现分散性黏土；在国内，于20世纪70年代黑龙江首先发现分散性黏土，之后在浙江、新疆、宁夏等地也发现分散性黏土；由此可见，分散性黏土在世界上分布比较广泛。在一些筑坝地区常存在分散性黏土，用分散性黏土筑坝不可避免，例如阿根廷的乌鲁姆坝、伊朗的塔里干土石坝、黑龙江南部引嫩工程17号坝等。由于分散性黏土具有极易被冲蚀的特性，国外资料显示水流流速>10 cm/s时就会发生冲蚀，遇到低含盐量的水就会分散流失，出现大面积冲蚀孔洞或发生突然管涌破坏[1]。

但是，分散性黏土大坝经过合理的处理之后也可以保证大坝的安全性。

1分散性黏土大坝研究现状

1.1分散性黏土分散机理

世界各国专家学者对分散性黏土的分散机理进行了研究，美国的一些专家认为土体产生分散是由土中含量较高的钠离子引起的。分散性黏土中的可交换性钠离子含量较高，并且其矿物成分主要是蒙脱石。我国学者认为，土具有分散性是因为：①含有蒙脱石这种结构不稳定的黏土矿物，蒙脱石类黏土属于2:1型矿物，即由2个硅氧四面体夹1个铝氧八面体形成三层矿物。但是片与片之间无K+联结，水可以进入片层之间，使晶体产生很大的体积改变；②胶结物含量不足以抑制膨胀和分散作用；③高PH值的碱性介质环境[2]。

1.2分散性黏土判别试验

判别土是否分散的5项基本试验为双比重计试验、针孔试验、碎块试验、交换性钠质量分数试验和孔隙水可溶盐试验。这5项室内试验是美国水土保持局提出的基本判别试验。这5项试验的判别标准为：①双比重计试验：非分散性黏土<30%；过渡性黏土为30%-50%；分散性黏土>50%。②碎块试验：分散性黏土在土块水解后混浊，土很快扩散到整个量杯底部，水呈雾状，经久不清；过渡性黏土在土块水解后四周有微量混浊，但扩散范围小；非分散性黏土无分散出胶粒的反映，土块水解后在量杯底部以细颗粒状平堆，水色是清的，或稍混浊后很快又变清。③针孔试验：非分散性黏土在380～1020 mm水头下针孔不扩大，水流很清；过渡性黏土在180～380 mm水头下针孔冲蚀较慢，水流稍混浊；分散性黏土在50 mm水头下针孔迅速扩大，水流混浊。④交换性钠质量分数：在710为中等分散性黏土；≥15为高分散性黏土。④孔隙水可溶盐试验：对于分散性黏土，若[TDS]>5，则需[SAR]>2.7；若[TDS]>10，则需[SAR]>4.2；若[TDS]>100，则需[SAR]>13。除了这5项基本试验外，还有旋转圆筒试验、钠量比等试验。1987年黑龙江省勘测设计研究院曾对南部引嫩工程部位的分散土进行化学全量分析(见表1)，南引分散黏土各项化学成分的数量与蒙脱石较为接近。FeO3数量较高。

表1　南引分散性黏土化学全量分析及对比表

1.3分散性黏土大坝常见处理措施

分散性黏土筑坝必须采取保护性措施，常见的处理措施有：①将大坝包起来，也就是把低溶盐水与大坝分离开来。常用的隔水材料有非分散性黏土、防渗土工膜、橡皮制品、塑料等。②改造库水，即将低溶盐库水改造为高溶盐库水，可定时向水库中投放钠盐和钙盐混合物。③改造坝体土质，即把分散性黏土改造为非分散性黏土，通过在土体中掺加生石灰或硫酸铝等。④坝后堵截，即在坝后设置适当级配的砂反虑，以截住坝体细颗粒，使其流不出坝体。

2存在主要问题

国内分散性黏土研究时间尚短，研究人员不足，国内只有少数院校对其研究，在对其研究过程中也显现出一些问题。

1)分散性黏土判别需要做5项基本试验，即双比重计试验、针孔试验、碎块试验、交换性钠质量分数试验和孔隙水可溶盐试验，但往往出现5种试验结果不相吻合的情况，有些试验结果判定土体具有分散性，其余试验结果判定土体具有非分散性。例如新疆西郊水库大坝心墙土料试验显示，仅孔隙水可溶盐试验结果显示土体具有分散性，其余试验结果显示土体具有非分散性[3]。马家树水库大坝防渗土料试验显示，2号土样的试验结果中碎块试验、针孔试验、孔隙水可溶盐试验显示土体具有分散性，其余试验结果显示土体具有非分散性[4]。

2)在对分散性黏土大坝的保护措施的研究中，以改进大坝黏土分散性居多，即将分散性黏土改善为非分散性黏土，较多的应用生石灰改进，在分散性黏土中掺入一定比例的生石灰改进黏土分散性。生石灰是一种很好的土体改性剂，通常较低的掺量即能达到土体改性效果。但是较低的掺量给施工带来了困难，如何使较低掺量的生石灰在大坝土体中分散均匀成为了施工的一个难题。

3结语

分散性黏土的研究方法与判别标准是从大量试验统计分析得来的，虽然具有一定的合理性，但是往往也存在着相当多的例外情况。针对5种试验结果不吻合的情况，主要应该从分散性机理方面找原因，进一步加深分散性黏土特性研究，同时应当规范分散性黏土的判别标准和试验规程，使土的分散性判别方法标准化、定量化。

生石灰在掺入量0.25%～0.3%时，就可抑制土体的分散作用。土体分散强度不同，掺入量也会有所不同，对于较低掺量给施工带来的困难，可以提高掺入量，控制拌合质量来解决。研制出更加经济、环保、高效的分散性黏土改性剂是今后的发展方向。

参考文献：

[1]王观平，王来文，阎仰中，等.分散性土与水利工程[M].北京：中国水利水电出版社，1999：26-30.

[2]樊恒辉，高明霞，李鹏，等.某大坝心墙土料分散性试验研究[J].岩土工程学报，2003,25(05)：615-618.

[3]陈艳明.新疆西郊水库大坝防渗心墙土料分散性鉴定[J].西北水电，2005(03)：24-28.

[4]樊恒辉，孔令伟，李洪良，等.马家树水库大坝防渗土料分散性判别和改性试验[J].岩土力学，2010,31(01)：193-199.

中图分类号：TV223

文献标识码：B

[作者简介]孙家勇(1978-)，男，黑龙江大庆人，助理工程师；周方录(1972-)，男，黑龙江巴彦人，高级工程师；郭丽名(1976-)，男，黑龙江大庆人，高级工程师。

[收稿日期]2015-09-12

文章编号：1007-7596(2016)01-0077-02