賈寶萍

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 山西太原 030024）

山西省蛤蟆神水庫(kù)壩體土料試驗(yàn)分析

賈寶萍

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 山西太原 030024）

蛤蟆神水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程的大壩加固改造中，其中一項(xiàng)采用大壩下游壩坡培厚措施，據(jù)此需對(duì)壩體土料進(jìn)行物理性質(zhì)試驗(yàn)、分散性試驗(yàn)、膨脹性試驗(yàn)，并采用了多種試驗(yàn)方法進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)分析，為工程的設(shè)計(jì)提供了可靠依據(jù)。

土料；試驗(yàn)；標(biāo)準(zhǔn)；判斷

1 蛤蟆神水庫(kù)工程概況

蛤蟆神水庫(kù)地處山西省呂梁市嵐縣王獅鄉(xiāng)蛤蟆神村，位于汾河一級(jí)支流嵐河支流普明河上。

蛤蟆神水庫(kù)總庫(kù)容624萬(wàn)m3，是一座防洪、灌溉綜合利用的?。?）型水庫(kù)。1972年7月動(dòng)工興建，1975年5月完工。多年來(lái)大壩存在嚴(yán)重的塌坑滲流穩(wěn)定問(wèn)題，且壩基滲漏嚴(yán)重，水庫(kù)一直處在空庫(kù)渡汛、低水位運(yùn)用狀態(tài)。

蛤蟆神水庫(kù)樞紐工程由大壩、溢洪道、泄水灌溉洞等工程組成。大壩工程為均質(zhì)土壩，最大壩高26.5m，壩頂長(zhǎng)330 m；溢洪道位于大壩右壩頭，為開(kāi)敞式土基溢洪道，全長(zhǎng)174 m，由進(jìn)口溢流段、泄槽段、出口挑流段三部分組成；泄水灌溉洞位于大壩左岸，為壩下埋涵，全長(zhǎng)129.6 m，由進(jìn)口段、進(jìn)水塔段、無(wú)壓箱涵段、出口消力池段組成。

經(jīng)安全評(píng)價(jià)鑒定，蛤蟆神水庫(kù)為三類病險(xiǎn)水庫(kù)。因此，為確保水庫(kù)工程安全運(yùn)行，充分有效地利用當(dāng)?shù)厮Y源，對(duì)水庫(kù)工程進(jìn)行除險(xiǎn)加固是十分必要。

2 問(wèn)題的提出

蛤蟆神水庫(kù)大壩由于壩體施工質(zhì)量較差，經(jīng)復(fù)核計(jì)算，雖新筑有壩體定噴防滲墻，在校核水位下下游壩坡出逸點(diǎn)仍較高，為保證大壩下游壩坡不發(fā)生滲透破壞，除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)中結(jié)合壩頂加寬，將大壩下游壩坡培厚。為配合設(shè)計(jì)工作，了解壩體填土的質(zhì)量及特性，需對(duì)壩體土料進(jìn)行試驗(yàn)分析。

3 土工試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)項(xiàng)目

該試驗(yàn)試樣有6組原狀樣和10組擾動(dòng)樣，其試驗(yàn)項(xiàng)目分別有：含水率、密度、比重、界限含水率（聯(lián)合）、顆分（聯(lián)合測(cè)定）、針孔試驗(yàn)、土塊試驗(yàn)、雙密度計(jì)試驗(yàn)（雙比重計(jì)）、自由膨脹率、無(wú)荷載膨脹率、膨脹力、制樣含水率、制樣干密度等。

3.2 試驗(yàn)方法及過(guò)程

1）物理性質(zhì)試驗(yàn)

包括天然含水率、密度、比重、界限含水率和顆粒分析試驗(yàn)。其中天然含水率采用烘干法測(cè)定；密度試驗(yàn)采用環(huán)刀法測(cè)定；土粒比重采用比重瓶法；界限含水率使用STYS-1型數(shù)顯液塑限聯(lián)合測(cè)定儀測(cè)定，其中液限使用入錐深度為17 mm所對(duì)應(yīng)的含水率值，塑限使用入錐深度為2 mm所對(duì)應(yīng)的含水率值；顆粒分析采用篩析法和密度計(jì)法相結(jié)合的聯(lián)合測(cè)定法，分散劑選用4%六偏磷酸鈉溶液。土的定名按照《土工試驗(yàn)規(guī)程》（SL237-1999）進(jìn)行。

2）分散性試驗(yàn)

土樣分散性試驗(yàn)采用針孔法、土塊法和雙密度計(jì)法（雙比重計(jì)法）。

針孔法是通過(guò)土的抗沖蝕能力鑒別土的分散性。針孔法試驗(yàn)所用試樣均為制備樣，“SJ13B”試樣的制樣含水率和干密度采用原狀樣品的相應(yīng)參數(shù)；“ZK13B”試樣的制樣干密度為1.55 g/cm3、制樣含水率為 15.0%；“SJ13L”試樣的制樣干密度為 1.60 g/cm3、制樣含水率為15.5%。將土樣制成直徑約40mm、長(zhǎng)38mm的試樣，并在試樣進(jìn)口處預(yù)埋1.3 cm長(zhǎng)的一個(gè)錐體，在試樣中間預(yù)制出1.0 mm的軸向針孔。依次在50、180、380、1 020 mm水頭下進(jìn)行試驗(yàn)。用流出水的濁度、最終孔徑和流量等試驗(yàn)結(jié)果對(duì)土的分散性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

土塊法中“SJ13B”試樣為原狀樣；“ZK13B”試樣的制樣干密度為1.55 g/cm3、制樣含水率為15.0%；“SJ13L”試樣的制樣干密度為1.60 g/cm3、制樣含水率為15.5%。將土樣制成1 cm3的方形土塊投入盛有蒸餾水的量杯中，浸放5～10 min后觀察土塊中膠粒的分散性狀，以評(píng)價(jià)土的分散性。

雙密度計(jì)法（雙比重計(jì)法）是對(duì)土的顆粒組成進(jìn)行兩次密度計(jì)法測(cè)定。第一次按常規(guī)土工試驗(yàn)密度計(jì)法測(cè)定土的粘粒含量。第二次是不加任何分散劑，不煮沸、不攪拌，只將土樣用蒸餾水浸泡，抽氣10 min，倒入量筒，搖晃均勻后用密度計(jì)法測(cè)定土的粘粒含量。將兩次測(cè)定的粘粒含量比較，得出分散度D，以評(píng)價(jià)土的分散性。

3）膨脹性試驗(yàn)

膨脹性試驗(yàn)采用自由膨脹率、無(wú)荷載膨脹率和膨脹力三種方法。

自由膨脹率使用碾細(xì)并過(guò)0.50 mm篩的烘干土樣，測(cè)定其在水中膨脹穩(wěn)定后的體積增量與原體積之比。

無(wú)荷載膨脹率使用膨脹儀測(cè)定原狀樣在試驗(yàn)結(jié)束時(shí)的無(wú)荷載膨脹率。

膨脹力試驗(yàn)采用平衡法測(cè)定原狀樣在體積保持不變時(shí)，由于吸水膨脹而產(chǎn)生的最大內(nèi)應(yīng)力，使用WG-1B型杠桿式三聯(lián)中壓固結(jié)儀進(jìn)行試驗(yàn)。

無(wú)荷載膨脹率和膨脹力試驗(yàn)中，“SJ13B”試樣為原狀樣；“ZK13B”試樣的制樣干密度為1.55 g/cm3、制樣含水率為15.0%；“SJ13L”試樣的制樣干密度為1.60 g/cm3、制樣含水率為15.5%。

3.3 試驗(yàn)成果及分析評(píng)價(jià)

1）物性指標(biāo)分析評(píng)價(jià)

按照《土工試驗(yàn)規(guī)程》（SL237-1999）的規(guī)定，土樣比重在2.70～2.72之間，顆粒組成基本上以粉粒（0.075～0.005 mm）為主，土樣均為低液限黏土，各種物理指標(biāo)符合土的相關(guān)性和一般經(jīng)驗(yàn)。

2）土的分散性分析評(píng)價(jià)

針孔法分散性試驗(yàn)應(yīng)根據(jù)《水利水電工程天然建筑材料勘察規(guī)程》（SL251-2000）表 A.2.2（詳見(jiàn)表 1）評(píng)價(jià)其分散性，針孔法分散性試驗(yàn)具體情況和類別判斷詳見(jiàn)表2。

表1 針孔法試驗(yàn)評(píng)價(jià)土的分散性標(biāo)準(zhǔn)表

土塊法分散性試驗(yàn)根據(jù)《水利水電工程天然建筑材料勘察規(guī)程》（SL251-2000）表 A.2.4（詳見(jiàn)表 3）評(píng)價(jià)其分散性，試樣土塊水解后四周有微量混濁水，但擴(kuò)散范圍很小，均為過(guò)渡型土。

雙密度計(jì)法（雙比重計(jì)法）分散性試驗(yàn)根據(jù)《水利水電工程天然建筑材料勘察規(guī)程》（SL251-2000）表A.2.5（詳見(jiàn)表4）評(píng)價(jià)其分散性，試樣SJ13B-3-2、SJ13B-4-2、SJ13B-5-2、SJ13L-7-1、SJ13L-8-1、ZK13B-1-2、ZK13B-2-2 的分散度 D＝24.1～27.3，為非分散性土；其余試樣的分散度D＝30.1～37.3，為過(guò)渡型土。

表2 針孔法分散性試驗(yàn)具體情況和類別判斷表

表3 土塊法試驗(yàn)評(píng)價(jià)土的分散性標(biāo)準(zhǔn)表

表4 雙比重計(jì)法試驗(yàn)評(píng)價(jià)土的分散性標(biāo)準(zhǔn)表

3）土的膨脹性分析評(píng)價(jià)

土樣的膨脹性首先根據(jù)自由膨脹率進(jìn)行初判，根據(jù)《水利水電工程天然建筑材料勘察規(guī)程》（SL251-2000）表A.2.6（詳見(jiàn)表5）評(píng)價(jià)其膨脹潛勢(shì)，試樣自由膨脹率δe=0%～10%，具有極弱的膨脹潛勢(shì)，不屬于膨脹土。無(wú)荷載膨脹率為4.2%～21.8%，膨脹力為3.4～9.5kPa。

表5 膨脹土的膨脹潛勢(shì)分類標(biāo)準(zhǔn)表

4 結(jié)語(yǔ)

1）土樣比重在2.70～2.72之間，顆粒組成基本上以粉粒（0.075～0.005 mm）為主，土樣均為低液限黏土。

2）土樣分散性試驗(yàn)中，試樣的制樣干密度和制樣含水率與《水利水電工程天然建筑材料勘察規(guī)程》（SL251-2000）中“用擊實(shí)儀擊實(shí)到干密度達(dá)最大干密度的95%以上”的要求有所不同。在此試樣狀態(tài)下，針孔試驗(yàn)由于土體制樣干密度較小，試驗(yàn)結(jié)果判別以分散性土為主，而土塊試驗(yàn)結(jié)果判別為過(guò)渡型土。雙密度計(jì)法（雙比重計(jì)法）分散性試驗(yàn)結(jié)果為過(guò)渡型土和非分散性土。

由于三種試驗(yàn)方法作用機(jī)理不同，其分散性結(jié)論有可能不同，使用時(shí)應(yīng)結(jié)合實(shí)際工況加以考慮。從安全性和可靠性方面考慮，工程應(yīng)用時(shí)應(yīng)適當(dāng)考慮其分散性。

3）土樣自由膨脹率均小于等于10%，具有極弱的膨脹潛勢(shì)，且膨脹力較?。ň∮?0 kPa），不屬于膨脹土，但應(yīng)注意在無(wú)荷載情況下加水后的膨脹率。

Test and Analysis of Soil Material for the Hamashen Reservoir Dam in Shanxi Province

JIA Bao-ping

One of the dam reinforcement measures such as thickening is designed in the downstream dam slope of the Hamashen Reservoir.A series of tests for soil material including physical property test，dispersion test and the expansion test were made in turn.A variety of test methods were used for comparative analysis.The results could provide reliable evidence for design of the project.

soil material；test；standard；judgment

TV64

B

1006-8139（2017）02-069-03

2017-03-02

2017-03-09

賈寶萍（1965-），女，1989年畢業(yè)于太原工業(yè)大學(xué)，高級(jí)工程師。