高 峰

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

1 倍加造水庫工程概況

倍加造水庫位于大同縣的尼河（坊城河上）中游，尼河屬于海河流域永定河水系桑干河二級(jí)支流，控制流域面積98 km2，多年平均徑流量為1 090×104m3。

倍加造水庫建于1972年，屬?。?）型水庫，大壩為土壩，壩長約190 m，最大壩高7.5 m，壩頂寬約8 m，上游坡比約 1∶1.3，下游坡比約 1∶1.2。

水庫壩體在修建時(shí)未經(jīng)碾壓，經(jīng)多年運(yùn)行，年久失修，出現(xiàn)壩坡坍塌、壩體裂縫、壩基滲漏等不良現(xiàn)象，給水庫的安全運(yùn)行帶來隱患。

2 壩體土物理力學(xué)性質(zhì)

壩體填筑土來自于大壩兩岸開挖的土體，厚2.5～7.5 m，巖性主要為級(jí)配不良砂、含細(xì)粒土砂及粉土質(zhì)砂。在壩體右側(cè)及中部砂層之下填筑土為厚0.5～3.0 m的低液限粉土、含砂低液限粉土。壩體土結(jié)構(gòu)松散，組成物質(zhì)雜亂，粘結(jié)力及均勻性差。根據(jù)壩體土的巖性不同，分別進(jìn)行敘述如下。

1）級(jí)配不良砂、含細(xì)粒土砂及粉土質(zhì)砂層

壩體砂層中礫粒含量為0～34.9%，平均值10.4%，砂粒含量為51.3%～91.6%，平均值76.7%，粉粒含量為1.3%～34.2%，平均值10.2%，黏粒含量為0～14.5%，平均值2.4%。

通過現(xiàn)場(chǎng)干密度含水率試驗(yàn)，壩體砂層干密度為1.52～1.68 g/cm3，平均值 1.61g/cm3，孔隙比為 0.589～0.757，平均值 0.666。

經(jīng)室內(nèi)試驗(yàn)，粉土質(zhì)砂干密度平均值為1.68g/cm3，天然密度為 1.79～2.04 g/cm3，平均值為 1.92 g/cm3，天然含水率為6.8%～21.4%，平均值為14.1%，壓縮系數(shù)（天然狀態(tài)）為 0.21～0.33 MPa-1，平均值 0.27 MPa-1，具有中等壓縮性，孔隙比為0.589～0.593，平均值0.591，滲透系數(shù)（水平方向）為（1.20～3.55）×10-4cm/s，平均值2.38×10-4cm/s，滲透系數(shù)（垂直方向）為（1.95～3.71）×10-4cm/s，平均值 2.83×10-4cm/s，具中等透水性，濕陷系數(shù)δs為0～0.001，飽和固結(jié)快剪強(qiáng)度凝聚力C=23.6～24.6kPa，平均值 24.1kPa，內(nèi)摩擦角 Φ=24.4～27.1°。

壩體填筑砂層標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)為6～10擊，平均值8.8擊，經(jīng)桿長修正后擊數(shù)為5.4～10.0擊，平均值8.6擊。

鉆孔注水與探坑滲水試驗(yàn)結(jié)果為：砂層的滲透系數(shù)值為（1.40～15.0）×10-3cm/s，平均值 7.10×10-3cm/s，具有中等-強(qiáng)透水性。

2）低液限粉土、含砂低液限粉土

壩體低液限粉土、含砂低液限粉土層的干密度1.43～1.84 g/cm3，平均值 1.67 g/cm3，天然密度為 1.58～2.15 g/cm3，平均值 1.92 g/cm3，天然含水率為 6.8%～20.1%，平均值為14.9%，壓縮系數(shù)（天然狀態(tài)）為0.11～0.71 MPa-1，平均值 0.27 MPa-1，多具有中等壓縮性，孔隙比為0.464～0.883，平均值為0.627，滲透系數(shù)（水平方向）為（3.95～25.2）×10-5cm/s，平均值 9.65×10-5cm/s，滲透系數(shù)（垂直方向）為（4.57～47.8）×10-5cm/s，平均值 1.46×10-4cm/s，具有中等透水性，濕陷系數(shù)δs為0.001～0.013，飽和固結(jié)快剪強(qiáng)度凝聚力C=15.3～47.0 kPa，平均值 26.9 kPa，內(nèi)摩擦角 Φ=22.9～27.8°。

3）壩體土三軸試驗(yàn)成果

3 壩體質(zhì)量評(píng)價(jià)

3.1 壩體濕陷性

濕陷性是黃土類土在上部壓力作用下受水浸濕而發(fā)生沉陷的性能。

壩體多由級(jí)配不良砂、粉土質(zhì)砂及含細(xì)粒土砂等砂層及低液限粉土、含砂低液限粉土填筑而成，土的濕陷系數(shù) δs為 0.001～0.013，均小于 0.015，壩體土層不具濕陷性。

3.2 壩體土的地震液化

水庫水位以下的壩體土主要由砂層與低液限粉土、含砂低液限粉土構(gòu)成。液化評(píng)價(jià)如下。

1）初判

壩體砂層黏粒含量0～14.5%，平均值2.7%，低液限粉土、含砂低液限粉土黏粒含量位于5.6%～18.9%，平均值11.3%，工程區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.15 g，壩體土黏粒含量只有個(gè)別部位高于17%，大部分小于17%，初判為可液化土層。

2）復(fù)判

復(fù)判根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)實(shí)擊值（N63.5）與臨界值（Ncr）進(jìn)行比較判定。當(dāng)實(shí)擊值小于臨界值時(shí)可判定為液化土。經(jīng)計(jì)算，位于水位以下的壩體土均滿足N63.5

3.3 壩體滲漏

壩體主要由級(jí)配不良砂、含細(xì)粒土砂、粉土質(zhì)砂構(gòu)成，壩體中部及右壩肩附近填筑有低液限粉土、含砂低液限粉土層。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)注水試驗(yàn)和探坑滲水試驗(yàn)，壩體砂層滲透系數(shù)為（1.40～15.0）×10-3cm/s，平均值 7.10×10-3cm/s，具有中等-強(qiáng)透水性。

壩體低液限粉土、含砂低液限粉土滲透系數(shù)（水平方向）為（3.95～25.2）×10-5cm/s，平均值 9.65×10-5cm/s，滲透系數(shù)（垂直方向）為（4.57～47.8）×10-5cm/s，平均值1.46×10-4cm/s，多具中等透水性。

壩體土的結(jié)構(gòu)松散，在水庫正常蓄水后，由于庫水位與大壩下游地下水位形成的水頭差作用，壩土體會(huì)發(fā)生滲漏，建議采取防滲處理措施。

3.4 壩體滲透變形

壩體主要由級(jí)配不良砂、含細(xì)粒土砂、粉土質(zhì)砂層構(gòu)成，壩體中部及右壩肩附近填筑有低液限粉土、含砂低液限粉土，結(jié)構(gòu)較松散，壩體土多具中等-強(qiáng)透水性，將會(huì)發(fā)生滲漏，壩體土層可能存在滲透變形。

因?yàn)轭w粒級(jí)配和結(jié)構(gòu)的不同，土體在滲流作用下發(fā)生破壞有四種形式：管涌、流土、接觸流失、接觸沖刷。

1）滲透變形類型

壩體砂層10組擾動(dòng)樣的不均勻系數(shù)Cu為2.4～84.0，平均18.2，其中Cu小于5的5組可判定為流土，Cu大于5的5組中有1組P值［P為相應(yīng)于區(qū)分粒徑（細(xì)粒）含量，滲透變形類型當(dāng)P≥35%時(shí)為流土，25%≤P＜35%時(shí)為過渡型，P＜25%時(shí)為管涌］大于35%，判定為流土，其中Cu有3組間于25%與35%之間，判定為過渡型，有1組小于25%，判定為管涌。根據(jù)工程的實(shí)際情況，壩體砂層的滲透變形類型按管涌考慮。

2）臨界水力比降的確定

壩體砂層的滲透變形類型為管涌，據(jù)壩基砂層土工試驗(yàn)資料，其干密度為1.52～1.68 g/cm3，平均值1.61 g/cm3，比重為 2.67，孔隙率為 39.98%，d5平均粒徑為0.069 mm，d20平均粒徑為0.180 mm。根據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB50487-2008）中相應(yīng)公式計(jì)算得出砂層的臨界水力比降為0.51。

3）允許水力比降的確定

考慮到本工程的重要程度，安全系數(shù)取2.0，壩體砂層產(chǎn)生管涌滲透變形的允許水力比降為0.25。

4 結(jié)語

壩體填土巖性主要為級(jí)配不良砂、含細(xì)粒土砂及粉土質(zhì)砂層，局部填有低液限粉土、含砂低液限粉土，壩體結(jié)構(gòu)松散，組成物質(zhì)雜亂，均勻性較差。

壩體存在滲漏、滲透變形以及地震液化等地質(zhì)問題，建議對(duì)壩體采取相應(yīng)的工程處理措施。