李小泉，李 建，羅 欣

（中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司 科學研究所，四川 成都 610072）

含部分軟巖的堆石料用于高土石壩堆石區(qū)基本特性研究

李小泉，李 建，羅 欣

（中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司 科學研究所，四川 成都 610072）

本文主要依據(jù)卡基娃、董菁和多諾面板堆石壩及毛爾蓋、兩河口、水牛家等高心墻堆石壩的含部分軟巖堆石料的室內(nèi)研究成果及工程應用，探討了含部分軟巖堆石料的物理力學性質(zhì)及軟巖含量對其力學性質(zhì)影響。結(jié)果表明：軟巖含量在30%內(nèi)的堆石料具有低壓縮性，高抗剪強度，仍可滿足工程要求；提出了軟巖含量在30%以內(nèi)的堆石料工程特性參數(shù)。本研究成果擴大了堆石料的選材范圍，有利于土石壩工程就近取材、縮短工期、降低工程造價等等，成果可供類似工程參考。

含軟巖堆石料；物理力學性質(zhì)；工程特性

0 引 言

隨著堆石壩技術(shù)的不斷發(fā)展，擬建堆石壩壩高越來越高，如何因地制宜地采用壩址區(qū)附近的堆石料已成為筑壩需普遍考慮的問題。對于這種用量大、整體性能要求較高、采挖邊界條件較復雜的材料，如設(shè)計和施工方案考慮不周，極易造成增加工程投資、延長施工期、對環(huán)境負面影響等。西南地區(qū)高心墻壩或面板堆石壩建設(shè)中，在近壩附近常遇砂板巖或變質(zhì)巖、砂巖及頁巖，這其中的軟巖以夾層或少量單層出現(xiàn)，當采用此類巖石作為堆石料時，其間夾層常無法剔除，工程附近又難以找到其它硬巖堆石料替代料源。因此，這類料源的工程性質(zhì)研究，對壩的安全性、經(jīng)濟性和環(huán)保性均顯得重要和必要。本文結(jié)合卡基娃、多諾、毛爾蓋、兩河口、水牛家、董菁等電站堆石料研究，分析得出軟巖含量宜控制在30%以內(nèi)，并提出了相應的工程特性參數(shù)。

1 已有工程含有軟巖堆石料的地質(zhì)分布及基本特性

卡基娃、兩河口、水牛家、董菁等電站板巖均有濕抗壓強度小于30 MPa，軟化系數(shù)小于0.75等特點，屬軟巖，且實際施工時無法剔除。典型工程軟巖主要為千枚狀板巖、砂質(zhì)板巖夾砂巖互層，按地質(zhì)實際統(tǒng)計，軟巖一般不超過40%。幾個工程巖石基本物理力學指標見表1。

表1 典型工程巖石物理力學指標

2 含有部分軟巖堆石料的試驗研究

依據(jù)卡基娃、毛爾蓋等工程軟硬巖互層比例，采用風化料占試驗用土料總質(zhì)量百分比20%、30%、50%的比例分別摻和，并加入全新鮮料和全風化料兩種料進行對照分析。

2.1 級 配

按摻和比為20%、30%、50%、100%摻和風化千枚狀板巖后的試驗用料，其級配曲線見圖1。從級配曲線上可以看出，單獨采用風化料（QTK），其級配偏粗，不滿足設(shè)計要求的下包線。實際測試的風化千枚狀板巖小于5 mm顆粒含量略低于新鮮砂巖，所以，隨著風化千枚巖摻量比的增加，小于5 mm含量略為減少；且由于風化千枚巖的摻入，其壓實后的破碎率亦將增大，在摻量20%、30%、50%上包線對應的振動破碎量分別為3.81%、4.49%、4.54%，相應的振動后小于5 mm含量分別為22.96%、23.22%、22.43%。從級配上看，在摻入風化砂巖小于50%的條件下，都能基本滿足設(shè)計要求。

圖1 不同比例風化千枚狀板巖摻和后顆分級配曲線對比

2.2 相對密度

對摻和比為0、20%、30%、50%、100%用料在Dr＝0.90時的填筑干密度成果見表2。經(jīng)分析比較可知：軟巖填筑干密度小于新鮮砂巖，但是在新鮮砂巖中摻入30%以內(nèi)的軟巖，其干密度隨著摻比的增加而增加，當超過30%時，隨著摻比的增加而減小。這是由于軟巖易破碎，較低摻量下，破碎后細顆粒填充間隙，反而能提高填筑干密度。

2.3 滲透特性

對摻和比為0、20%、30%、50%、100%用料在Dr＝0.90時的滲透試驗成果見表3。經(jīng)分析比較可知：由于風化料小于0.075 mm的顆粒含量小，按各摻和比摻入后的平均線滲透系數(shù)處于i×100cm／s～i×10－1cm／s范圍，均屬強透水性。滲透試驗表明各摻比料滲透性均能滿足設(shè)計對堆石料的要求。

表2 Dr＝0.90時密度成果對比

表3 摻入風化巖堆石料平均線Dr＝0.90時滲透成果對比

2.4 強度特性

對摻和比為0、20%、30%、50%、100%用料通過直剪試驗獲取的抗剪強度參數(shù)成果見表4。經(jīng)分析對比可知：新鮮砂巖堆石料強度最高；單獨采用軟巖，雖然其級配與各摻和比下的級配有一定的相似性，但由于其母巖本身的差別，其強度最??；隨著摻量比的增加，強度參數(shù)呈現(xiàn)減小的趨勢。但含有一定比例軟巖的用料，其強度遠高于軟巖，如卡基娃含30%軟巖料摩擦角為43.7°，遠高于軟巖的32.3°。

2.5 壓縮特性

對摻和比為0、20%、30%、50%、100%用料的壓縮成果見表5。經(jīng)分析比較可知：

（1）軟巖料壓縮模量遠遠低于新鮮砂巖，不能直接作為堆石料使用。

（2）新鮮料摻入軟巖，在壓力大于0.8 MPa以后，摻和料出現(xiàn)不同程度的破碎，表現(xiàn)為模量降低。因此，為避免摻和堆石料在高應力下發(fā)生較大變形，宜填筑在距壩頂50 m高度范圍以內(nèi)。

（3）摻和風化砂巖在30%之內(nèi)時，因隨著摻比的增加，填筑干密度增大，壓縮模量也相應增加；但當摻比增加到50%時，壓縮模量降低，這是由于軟巖含量過高導致在加載過程中母巖產(chǎn)生較大程度破碎、細粒含量增加。

（4）含有一定比例軟巖堆石料在飽和狀態(tài)下，壓縮模量低于非飽和狀態(tài)，這是由于軟巖在浸水狀態(tài)下產(chǎn)生濕化變形。說明在填筑過程中應充分加水碾壓，以減小后期變形。

表4 摻入風化巖堆石料平均線Dr＝0.90時抗剪強度參數(shù)成果對比

表5 摻入風化巖堆石料平均線Dr＝0.90時壓縮試驗成果

2.6 含有軟巖堆石料高壓大三軸試驗成果

表6、表7為幾個典型工程軟巖含量為30%內(nèi)的堆石料力學試驗成果，成果表明該軟巖含量的堆石料力學強度指標依然能達到較高水平，滿足工程要求。但值得注意的是，其破碎率仍舊較高，故在實際工程中，應注意破碎率對強度和透水性的影響?？稍谝话憬?jīng)驗范圍內(nèi)讓含有軟巖的堆石料級配設(shè)計得偏粗一些（如采用下限級配），具體偏粗多少，可以根據(jù)試驗確定。兩河口堆石料高壓大三軸試驗前后級配對比見圖2。

3 結(jié)語及建議

（1）西南地區(qū)尤其四川境內(nèi)砂巖常伴有板巖或千枚巖夾層，主要存在于沉積巖和變質(zhì)巖中，實際開采時，難以剔除，為達到經(jīng)濟及縮短工期等目的，通過試驗研究并用于壩內(nèi)合適部位，具有較大工程意義。

（2）幾個典型工程試驗成果表明：當軟巖含量在30%之內(nèi)時，與純硬巖堆石料的強度、變形和滲透性質(zhì)相差不大，作為堆石料能滿足工程設(shè)計要求，但宜采用一定的施工控制措施。含軟巖堆石料的試驗成果，可供類似工程參考。

（3）軟巖強度相對較低，壓實后顆粒破碎較多，破碎后的顆粒填充了堆石間的空隙，因此除強度、變形外和透水性也是需研究的重要問題。設(shè)計壩料級配曲線宜按通常工程經(jīng)驗所推薦的下限級配進行。

表6 大三軸試驗成果

表7 堆石料高壓大三軸試驗后破碎率測定

圖2 兩河口堆石料高壓大三軸試驗前后級配對比

［1］付軍，周小文.面板壩軟巖料的工程特性［J］.長江科學院院報，2008，25（4）：67－72.

［2］柏樹田，周曉光，晁華怡.軟巖堆石料的物理力學性質(zhì)［J］.水力發(fā)電學報，2002，（4）：34－44.

［3］彭成，郭德發(fā)，王慶.面板堆石壩軟巖料的應用分析［J］.石河子大學學報（自然科學版），2008，26（5）：611－615.

TV41

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1003－9805（2015）01－0084－04

2013－06－17

李小泉（1965－），男，重慶萬州人，教授級高級工程師，從事巖土試驗研究工作。