遵義清水河水庫紅黏土料試驗研究

陳鳳娟 毛天鵬

(1.遵義市產品質量檢驗檢測院，貴州遵義 563000;2.遵義水利水電勘測設計研究院，貴州遵義 563000)

1 概述

清水河水庫位于遵義縣尚嵇鎮江林村境內，距遵義縣城43km。水庫地處烏江水系清水河上游，壩址以上流域面積58.5km2，海拔高程800～1200m，水庫設計總庫容400萬m3，是一座以灌溉為主、兼集鎮人畜飲水的小(1)型水庫。大壩為黏土均質土壩，1973年初大壩主體工程完工投入使用。由于工程建設時間較久，水庫運行至今，存在壩體、壩基接觸帶及左壩肩繞壩滲漏，滲漏量隨庫水位上升呈增大趨勢，大壩樞紐區出露寒武系婁山關群至二迭系下統棲霞—茅口組灰巖。由于漏水嚴重，工程不能正常發揮效益，且滲水對壩體產生淘刷，不利于大壩安全。筆者參與了該工程除險加固設計中大壩填筑料的物理力學性能試驗研究等工作，現就對大壩填筑料及料場紅黏土的物理力學性能的試驗研究予以總結，有利于類似工程土料類比使用和參考。

2 大壩填筑料試驗

該除險加固工程中大壩填筑料及料場土樣采取現場開挖和鉆孔芯樣，上游壩坡和下游壩坡采取現場開挖樣，先清除表面1.0m后用環刀取樣;壩中采取現場開挖和鉆孔結合的方式，鉆孔中取樣采用回轉鉆進，下放取土器前應仔細清孔，清除擾動土，孔底殘留浮土厚度不應大于取土器廢土段長度，嚴格執行原狀土取樣的有關規定，確保采?、?、Ⅱ級質量土樣，保證土樣室內物理力學性能試驗研究的真實可靠。

2.1 土樣物理性試驗

2.1.1 壩體填筑料

工程現場采取的土樣在室內按《土工試驗規程》(SL 237—1999)進行各項物理性質試驗，取樣位置、數量，指標最大值、最小值、平均值，顆粒分析試驗等指標見表1和表2。

表1 填筑料土樣物理性質試驗成果和計算指標

表2 填筑料土樣顆粒級配試驗成果和計算指標

2.1.2 土料場

在水庫大壩右岸下游500m處土料場取樣9件按《土工試驗規程》(SL 237—1999)進行室內物理性質試驗，最大值、最小值、平均值等指標見表3。

2.1.3 膨脹和收縮試驗

在土料場取原狀土樣和重塑各6件按《土工試驗規程》(SL 237—1999)進行膨脹和收縮試驗，成果指標平均值見表4。

表3 土料場土樣物理性質試驗成果和計算指標

表4 土料場土樣膨脹和收縮試驗成果和計算指標

2.2 土樣力學性試驗

2.2.1 壩體填筑料

現場采取的土樣在室內進行各項力學性質試驗，取樣位置、數量，指標最大值、最小值、平均值、標準差、變異系數等指標見表5。

表5 填筑料土樣力學性質試驗成果

2.2.2 土樣擊實試驗及抗剪試驗

該樣品采用輕型擊實試驗，土料粒徑小于5mm，單位體積擊實功能為592.2kJ/m3。土樣黏粒含量高，試驗中增加擊實次數以達到增加密度，工程實際碾壓填筑時要防止紅黏土的團粒結構破壞呈“橡皮”土層，取40kg土料混合均勻，根據土料場土樣物理性質試驗塑限成果預估最優含水率，制備5個不同含水率土樣進行擊實試驗，求出最大干密度和最優含水率。然后以最大干密度和最優含水率制備抗剪試驗樣品進行抗剪試驗，密度誤差小于0.02g/cm3，含水率小于1%，試驗成果指標見表6。

表6 土樣擊實試驗及抗剪試驗成果

3 紅黏土物理力學指標

3.1 物理力學性能參數

a.由表1～表5指標可知，填筑料含水率、土料比重、液限、塑限等物理指標平均值，上游壩坡、下游壩坡和壩中部差異性小。

b.有較高的界限含水量和塑性，膨脹不大，但有明顯的收縮。

c.有較好的力學性能，壩體填筑料凝聚力、內摩擦角等力學指標平均值、標準差和變異系數有明顯差異;總體為上游壩坡指標變異小，壩中部指標變異居中，下游壩坡指標變異大。

d.土料場物理力學參數指標變異小，最優含水率接近天然含水率低值，最大干密度大于天然狀態下的干密度，擊實后土樣抗剪強度指標大于壩體填筑料指標。

3.2 物理力學性參數標準值及推薦值

根據上述試驗成果，按照《水利水電工程地質勘察規范》“附錄E巖土物理力學參數取值”規定提出土物理力學參數標準值，見表7。

表7 土樣物理力學參數標準值及推薦值

4 結語

清水河水庫除險加固設計中，對大壩填筑紅黏土料的試驗研究所提出的土物理力學參數標準值，在工程設計中得到運用。紅黏土在天然狀態下，一般處于硬～可塑狀態，是水工建筑較好的筑壩材料。土料最大干密度受擊實功能和含水率兩項因素的影響，在含水率一定的情況下，干密度隨擊實功能增大而增加;在擊實功能一定的情況下，土體的干密度與含水率呈現出正態曲線關系，在某一適中含水率時土體干密度最大。工程實施時壓實機具選擇重型、較重型施工機械是必要的。該工程施工效果較好，達到了除險加固的目的。

紅黏土是碳酸鹽巖類巖石經過化學風化和紅土化作用形成的，廣泛分布，其工程特性比較特殊，具有高孔隙性，低密度。上壩含水率的選擇應根據料場實際情況，結合試驗研究的最大干密度和最優含水率確定符合工程的合理標準，含水率過大會影響筑壩質量，含水率過小，塑性減弱，填筑土體失去承受不均勻沉降的能力。總之，紅黏土由于具有較好的力學性能和耐水性，是良好的筑壩材料，不應因其含水率高和干密度低而棄之不用。但它的性質特殊、變化大，應研究土料的性質，確定合理的填筑標準，以便滿足工程要求。■

［1］ GB 50487—2008水利水電工程地質勘察規范［S］.北京:中國計劃出版社，2009．

［2］ SL 55—2005中小型水利水電工程地質勘察規范［S］.北京:中國水利水電出版社，2005．

［3］ SL 251—2000水利水電工程天然建筑材料勘察規程［S］.北京:中國水利水電出版社，2000．

［4］ SL 237—1999土工試驗規程［S］.北京:中國水利水電出版社，1999．

［5］ GB/T 50123—1999土工試驗方法標準［S］.北京:中國計劃出版社，1999．

［6］ 毛天鵬．區域土—紅黏土特性［J］．巖土力學與工程，1995，153-164．