软岩筑坝料物理力学试验研究

杨 颋

(四川省水利水电勘测设计研究院，四川 成都 610072)



·水利工程·

软岩筑坝料物理力学试验研究

杨 颋

(四川省水利水电勘测设计研究院，四川 成都 610072)

基于某工程拟选料场的室内岩土试验，分析了软岩的物理力学性质及其作为筑坝料的可能性，指出在土石坝设计中，由于建设成本的因素，将软岩作为筑坝料的应用将更加广泛。

筑坝料，软岩，物理力学性质，渗透系数

近年来，当地材料坝已广泛应用于土石坝的设计当中，根据就近原则，充分考虑坝址区附近的天然建筑材料更有利于节约成本。除了硬岩，软岩筑坝也不可避免的成为土石坝设计中必须考虑的一种情况。本文根据某工程筑坝料拟选料场的室内岩土试验资料，分析了软岩的物理力学性质及其作为筑坝料的可能性。

该料场距离坝址区约4.0 km，交通较方便，但地质情况复杂，总体上中硬岩与软岩各占约一半，以砾岩、粉砂质泥岩与泥质粉砂岩为主，夹薄层砂岩和含砾砂岩，且形成不等厚互层结构。

1 试验方法

从取回试样中，按料场地层出露情况、岩石占比地质统计资料、开采情况、开采料极限状态和分区坝用料要求等，配制4种试样(见表1)。

表1 试样详表

筑坝料试验级配包括试验拟定级配和试验替代级配。筑坝料试验级配均采用上中下包线方式。

试验替代级配采用等量替代法。受试验设备尺度限制，将大于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细料含量不变，调整确定试验替代级配，以最大限度地反映分区坝料工程性质。

筑坝料采用松填法测定最小干密度，分层振动法测定最大干密度，并测定振后级配，以了解其颗粒破碎情况。筑坝料根据工程等级、大坝坝高及填筑要求，以最大干密度乘以0.98作为试验控制干密度。筑坝料相对密度试验见表2。

表2 筑坝料相对密度试验

1)渗透试验。用室内大型渗透仪试验研究坝料的渗透性质，测定渗透系数，当渗透系数低于强透水性时测定临界坡降。筑坝料渗透试验见表3。

2)固结试验。用大型固结仪试验研究坝料的压缩性质，测定其压缩系数和压缩模量。根据坝基和坝体应力状况，固结试验施加最大垂直力为3.2 MPa，分6级施加：0.1 MPa，0.2 MPa，0.4 MPa，0.8 MPa，1.6 MPa，3.2 MPa。

3)三轴试验。用大型三轴仪试验研究坝料的抗剪强度。根据坝基和坝体应力状况，三轴试验施加最大围压为1.6 MPa，分4级施加：0.2 MPa，0.4 MPa，0.8 MPa，1.6 MPa。

表3 筑坝料渗透试验

2 试验结果

按规范及级配连续要求，并结合类似工程经验，筑坝料取最大粒径为400 mm，600 mm，800 mm，小于5 mm粒径百分含量为20%，15%，10%，小于5 mm各粒组含量按实际测定；确定了各筑坝料的试验拟定级配上中下包线，初拟级配见图1。

无论是粉砂质泥岩筑坝料，还是粉砂质泥岩、泥质粉砂岩和粉砂岩混合筑坝料，级配对最大干密度、最小干密度影响不大；粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩与钙质砾岩混合后，混入钙质砾岩使最大最小干密度明显增大。

不同混合比例的混合料、相同小于5 mm含量，渗透系数随钙质砾岩和粉砂岩含量的增加而增大；相同混合比例的混合料，渗透系数随小于5 mm含量的增加而减小。混合坝壳料中因含较大比例的软岩，在坝体运行中因软岩易浸水软化，其透水性会进一步降低。

该料场钙质砾岩、砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩等岩性混合筑坝料，以不同比例混合后，相同小于5 mm含量下，干密度、渗透系数和抗剪强度有较大差异：粉砂质泥岩、钙质砾岩混合后，干密度、渗透系数和抗剪强度较粉砂质泥岩增大；粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩混合后，干密度较粉砂质泥岩减小，而渗透系数和抗剪强度较纯粉砂质泥岩增大。

筑坝料e—p曲线见图2。

筑坝料为低～中等压缩性。筑坝料抗剪强度见表4。

表4 筑坝料抗剪强度

粉砂质泥岩、泥质粉砂岩等软岩及其与粉砂岩以不同比例混合的混合料，相同小于5 mm含量，渗透性为中等～弱透水性；粉砂质泥岩、泥质粉砂岩等软岩与钙质砾岩和粉砂岩等坚硬岩混合，且钙质砾岩和粉砂岩等坚硬岩含量不低于50%时，为中等透水性。

不同混合比例的混合料之间、相同小于5 mm含量，渗透系数随钙质砾岩和粉砂岩等坚硬岩含量的增加而增大；相同混合比例的混合料，渗透系数随小于5 mm含量的增加而增大。

3 结论及建议

建议在分区设计时，考虑渗透系数受不同岩性混合比例和小于5 mm含量影响规律；钙质砾岩和粉砂岩等坚硬岩含量不低于50%且设有保护和排水措施时，用于上游坝壳；粉砂质泥岩、泥质粉砂岩等软岩混合料，用于设有保护措施的上游死水位以下或下游干燥区。

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[4] 柏树田，周晓光，晁华怡.软岩堆石料的物理力学性质[J].水力发电学报，2002(4)：34-44.

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

杨 颋(1987- )，男，硕士，助理工程师

TV641

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