大橋水庫昔格達(dá)地層巖體現(xiàn)場載荷試驗(yàn)研究

鄧力爭

(四川大橋水電咨詢監(jiān)理有限責(zé)任公司，四川成都 610072)

1 概述

在攀西地區(qū)廣泛分布的、以四川省會(huì)理縣“昔格達(dá)村”命名的“昔格達(dá)組”地層是第四系下更新統(tǒng)昔格達(dá)組(Q1X)，由粉砂巖和粘土巖互層組成，具有成巖時(shí)間晚、半土半巖和親水性等極軟巖的特點(diǎn)。因此，在攀枝花地區(qū)多年的建設(shè)和對(duì)滑坡的研究及整治中，已形成“昔格達(dá)地層富含粘土顆粒和粘土礦物，親水性強(qiáng)，吸水易軟化、泥化，脫水干裂，風(fēng)化作用下迅速崩解，隨水的滲入抗剪強(qiáng)度不斷降低”的概念，即:昔格達(dá)是易滑地層的結(jié)論。

四川省“八五”期間的重點(diǎn)水利建設(shè)項(xiàng)目——大橋水庫是位于涼山州冕寧縣境內(nèi)的一座大型水利工程。該水庫除鋼筋混凝土面板堆石壩主壩外，推薦上副壩線。

上副壩線的壩址地基即為昔格達(dá)地層。若能查明大橋水庫“昔格達(dá)”地層工程地質(zhì)特性，取得建壩條件，則可修建心墻堆石壩，其最大壩高僅為29.5 m，具有壩高較低，壩基、壩肩防滲處理簡單、降低工程造價(jià)等諸多優(yōu)點(diǎn)。

由于當(dāng)時(shí)沒有在昔格達(dá)地層上修建水工建筑物的實(shí)例報(bào)道和系統(tǒng)研究資料，為研究昔格達(dá)組巖體的工程特性并完善補(bǔ)充設(shè)計(jì)參數(shù)，進(jìn)一步評(píng)價(jià)以該地層為地基修建水工建筑物的合理性，在室內(nèi)巖塊試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，在大橋水庫工程副壩區(qū)昔格達(dá)地層現(xiàn)場進(jìn)行了巖體載荷試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)布置及描述

充分考慮了昔格達(dá)地層巖體的軟巖特性及其在今后工程運(yùn)行中的實(shí)際環(huán)境條件，做到盡可能的模擬真實(shí)，事關(guān)試驗(yàn)測試取得的指標(biāo)的可靠程度，因此，試驗(yàn)的布置與實(shí)施十分重要。

現(xiàn)場載荷試驗(yàn)在露天的試坑內(nèi)進(jìn)行，根據(jù)兩種巖性共布置了四組載荷試驗(yàn)。據(jù)試坑揭示，昔格達(dá)巖組褐黃色從上游向下游有逐漸變深的趨勢，試坑長5 m 左右的距離高差變化0.6 m。坑深0～4.4 m 為褐黃色泥質(zhì)粉砂巖，局部夾有灰色團(tuán)塊(直徑一般為10～30 cm，個(gè)別為60 cm 左右)，巖性有灰色粉砂巖，也有泥巖，形如花斑;坑深4.4～6.1 m 以下為灰色粉砂質(zhì)泥巖，結(jié)構(gòu)不甚緊密，用手可搓碎，也能夠用鐵鏟坑深輕易成形。預(yù)埋錨筋的鉆孔揭示，4.5～6.5 m 一般(試點(diǎn)副SK1-3和試點(diǎn)副SK1-4均位于此段)無法取得巖心，由鉆孔回水沖出來的多為砂粒。

試驗(yàn)均采用圓形剛性承壓板，試面面積為500 cm2，采取逐級(jí)升壓的方式加荷。考慮到昔格達(dá)巖體取半成巖的軟巖性質(zhì)和建壩后的實(shí)際環(huán)境，除上部SK1-1試點(diǎn)外，其余三個(gè)試點(diǎn)均作了專門的充水飽和。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測資料，飽和的效果是明顯的。例如:SK1-1試點(diǎn)實(shí)測含水量為15%～17.5%，平均為16.3%，而另三個(gè)試點(diǎn)面經(jīng)充水飽和后，實(shí)測含水量均在18.5%以上。又如:SK1-2試點(diǎn)其試面處充水飽和后的含水量達(dá)24%，而其附近巖體的實(shí)測含水量為17.5%，測算飽和度達(dá)100%。其余兩個(gè)試點(diǎn)也程度不同地具有類似性質(zhì)。

3 試驗(yàn)研究成果

現(xiàn)場昔格達(dá)地層巖體載荷試驗(yàn)研究成果見表1和圖1。

試驗(yàn)成果表明:

(1)現(xiàn)場實(shí)測了鉆孔無法取芯的弱膠結(jié)灰色昔格達(dá)巖體的變形和強(qiáng)度指標(biāo)(試點(diǎn)副SK1-3和試點(diǎn)副SK1-4)，代表了較差的昔格達(dá)地層巖體的性質(zhì)。

表1 大橋水庫昔格達(dá)地層巖體現(xiàn)場載荷試驗(yàn)研究成果表

圖1 載荷試驗(yàn)變形圖

圖2 載荷試驗(yàn)變形圖

(2)試驗(yàn)表明，副壩地基中的昔格達(dá)巖體具有與其弱～中等膠結(jié)軟巖性質(zhì)相當(dāng)?shù)淖冃文Ａ亢统休d能力。試驗(yàn)中，加荷受到反力錨樁抗拔強(qiáng)度的限制，各試點(diǎn)巖體在試驗(yàn)最大應(yīng)力(大于1.014 MPa)下均未達(dá)到破壞極限，即:在承壓板周圍出現(xiàn)首條徑向裂隙后，從未出現(xiàn)諸如荷載加不上或既使荷載加上又很快退下，承壓板周圍徑向裂隙不斷增多加寬或伸長、壓力不變而變形依然增加等巖體破壞后的一般特征，也從未得到荷載的峰值。

(3)試驗(yàn)表明，副壩地基中昔格達(dá)巖體的變形形式主要為近似直線形式，其變形和強(qiáng)度指標(biāo)受到巖體含水量、干容重和膠結(jié)程度的明顯影響。

(4)大橋水庫副壩址地基的昔格達(dá)巖體具有與弱～中等膠結(jié)軟巖性質(zhì)相當(dāng)?shù)淖冃文Ａ亢统休d能力。

通過此前進(jìn)行的室內(nèi)試驗(yàn)研究工作，初步查明大橋水庫副壩區(qū)昔格達(dá)地層巖塊的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、水理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)。結(jié)合此次在工程現(xiàn)場進(jìn)行的昔格達(dá)地層巖體載荷試驗(yàn)研究成果，進(jìn)一步查明了大橋水庫副壩區(qū)昔格達(dá)地層巖體的變形及強(qiáng)度特性，初步查清了大橋水庫副壩區(qū)的昔格達(dá)地層與攀枝花市“昔格達(dá)”在以上形狀上的差異，得到了基本結(jié)論，論證了大橋水庫工程在副壩址上壩線修建高29.5 m 土石壩方案的可行性，并得到了工程設(shè)計(jì)審查認(rèn)可。該壩早已建成，并已安全運(yùn)行多年。