劉軍偉

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院太原030024）

1 地質(zhì)概述

該水庫壩址河谷寬120～140 m，河谷覆蓋層為全新統(tǒng)洪沖積物（Q4pal），巖性表層為低液限粉土和砂層，厚0～1m，其下為卵石混合土、混合土卵石，局部為砂層透鏡體。最大厚度15.1 m。兩岸及河谷下伏基巖主要為下太古界界河口群灰、灰白色混合花崗巖、變粒巖，厚度大于100 m。壩址河谷處水位埋深0～2 m。

2 壩基砂卵礫石特性

該工程設(shè)計階段大壩選取面板堆石壩和混凝土重力壩壩型進(jìn)行比選，壩基砂卵石的物理力學(xué)性質(zhì)及可能存在的工程地質(zhì)問題直接影響到壩型的選擇。勘察時在壩址河谷開挖大口探井，并取6組大型樣進(jìn)行了篩分試驗，據(jù)篩分試驗資料可知壩址河谷混合土卵石、卵石混合土顆粒組成為：漂石含量9.9%～25.3%，卵石含量22.2%～45.2%，礫石含量19.9%～47.1%，砂含量11.2%～28.4%，粉黏粒含量為0.2%～2.2%，不均勻系數(shù)為68.0～261.9，曲率系數(shù)為0.2～12.4。屬級配不良。

據(jù)壩基砂卵礫石層現(xiàn)場含水率、干密度試驗成果，進(jìn)行了室內(nèi)相對密度試驗，試驗成果見表1。由試驗成果可知，壩基砂卵礫石在干密度為1.97～2.19 g/cm3，平均值為2.07 g/cm3的狀態(tài)下，對應(yīng)的相對密度為0.34～0.98，其中有2組屬中密，4組屬密實，平均值為0.71。

表1 壩基砂卵礫石相對密度試驗成果統(tǒng)計表

勘察時在6組大型試樣中進(jìn)行了3組大型動三軸試驗，成果見表2。由表2知振動應(yīng)力比值隨振次增加而降低。

3 壩基砂卵礫石液化判別

1）壩址區(qū)地震動峰值加速度為0.1g，地震基本烈度為7度。據(jù)篩分資料，壩基（Q4pal）卵石混合土、混合土卵石層中大于5 mm顆粒含量約66.5%～81.0%，平均值為75.6%，多大于70%，且壩基覆蓋層滲透性強(qiáng)，具備良好排水條件。依據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》，分析壩基地震液化可能性較小。

2）根據(jù)大型動三軸及相對密度試驗資料，采用地震作用時的等效平均剪應(yīng)力（τe）和抗液化剪應(yīng)力（τ）的大小關(guān)系進(jìn)行判別壩基（Q4pal）卵石混合土、混合土卵石層的震動液化問題。判別條件如下：

當(dāng) τe＞τ，可能液化；τe＜τ，不可能液化。

地震作用時的等效平均剪應(yīng)力（τe）采用下式［1］進(jìn)行計算：

表2 壩基砂卵礫石振動三軸試驗成果表

式中：τe—地震作用時的等效平均剪應(yīng)力，kPa；

k—應(yīng)力折減系數(shù)，當(dāng) ds為 1m、3m、5m、7m、9m 時，分別取 0.985、0.975、0.965、0.935、0.915；

αmax—地面最大加速度，當(dāng)?shù)卣鹆叶葹?度時，取值0.1g；

γ—深度ds以上的上覆土層的天然重度，地下水位以下為飽和重度，kN/m3；

ds—土層所處的深度，m。

抗液化剪應(yīng)力采用下式[1]進(jìn)行計算：

式中：τ—土層的抗液化剪應(yīng)力，kPa；

Cr—應(yīng)力校正系數(shù)，相對密度為0.30、0.40時，取值0.55；

σ′v—地震前上覆土層自重有效壓力，kPa，采用下式進(jìn)行計算；

式中：dw—地下水位埋深，m；

其余符號意義同前。

在計算判別時，按最不利情況考慮，采用上述試樣中干密度、相對密度及動應(yīng)力比值較小的DJ-3號樣試驗結(jié)果進(jìn)行計算。由試驗結(jié)果表1、表2知，DJ09-3號樣試驗干密度為1.97 g/cm3，對應(yīng)的相對密度為0.34，震次N=10次、30次（側(cè)壓力為600 kPa）對應(yīng)的動應(yīng)力比值分別為0.222、0.189。采用上述公式分別進(jìn)行計算地震作用時的等效平均剪應(yīng)力（τe）和壩基砂卵礫石的抗液化剪應(yīng)力（τ），參數(shù)取值及計算結(jié)果見表3。

表3 壩基砂卵礫石液化計算判別表

綜上可知，依據(jù)水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范判別，根據(jù)大型動三軸試驗、相對密度試驗成果，采用抗液化剪應(yīng)力計算判別，壩基卵石混合土、混合土卵石層為不可能液化土層。壩基卵石混合土、混合土卵石層震動液化問題的查清，為壩型選擇及工程設(shè)計提供了可靠的地質(zhì)依據(jù)。

［1］編寫委員會.工程地質(zhì)手冊（第四版）［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1994:638.