安宁水电站深厚覆盖层工程特性旁压试验研究

边立杰 黄小军

(1.吉林大学建设工程学院,吉林 长春 130026; 2.中国水电顾问集团北京勘测设计研究院,北京 100024)

安宁水电站深厚覆盖层工程特性旁压试验研究

边立杰1，2黄小军2

(1.吉林大学建设工程学院,吉林 长春 130026; 2.中国水电顾问集团北京勘测设计研究院,北京 100024)

针对安宁水电站的特点，对深覆盖层上筑坝的适应性进行了研究，并对深厚覆盖层钻孔内进行原位旁压试验，介绍了具体的试验过程及方法，为设计和计算提供地基承载力和旁模量等指标参数。

水电工程勘察，深厚覆盖层，工程特性，旁压试验

0 引言

安宁水电站以发电为主，电站采用坝式开发。预可行性研究阶段枢纽布置推荐采用沥青混凝土心墙坝和左岸地下厂房方案。电站设计水头40 m，装机容量为400 MW，工程规模为大(2)型。坝址区河床覆盖层厚度达38 m～91.5 m，具多层结构，各层厚度变化较大，且夹有砂层透镜体。为进一步落实深覆盖层上筑坝的适应性研究工作，需有针对性地进行相关物理和力学性能试验，为设计和计算提供地基承载力和旁模量等指标参数。

1 覆盖层旁压试验的必要性

原位试验是在原位应力条件下进行试验，避免或减轻了土样的扰动，能反映微观和宏观结构对土性的影响，其缺点是应力为天然状态所限制，边界条件也不明确。原位测试和室内试验优缺点互补。覆盖层基础的原位结构对其工程力学特性有着重要的影响，很难单纯依靠取样进行室内试验的方法来准确把握覆盖层的工程力学特性，因此有必要采用现场原位试验与室内试验结合的综合手段，研究覆盖层的工程力学特性。

2 旁压试验原理与方法

2.1 旁压试验原理

旁压试验是在预先钻好的孔内放入旁压器，通过压力—体积控制装置使旁压器径向扩张，对孔壁施加压力，使土体产生相应变形的一种原位测试方法。由试验得到的旁压曲线，可用来确定地基承载力和旁模量等指标。旁压试验运用广泛，适用于粘性土、砂性土和强风化岩石等。

2.2 旁压试验步骤

旁压试验按照SL237-048-1999土工试验规程旁压试验进行，试验前要进行旁压器弹性膜约束力和仪器综合变形值的校准。试验时的简要操作步骤如下：1)试验前平整试验场地，根据土的分类和状态选择适宜的钻头开孔，要求孔壁垂直呈完整的圆形，尽可能减少孔壁土体扰动，钻孔孔径应略大于旁压器外径，注意应进行护壁措施。2)试验点布置原则必须保证旁压器处于同一土层中，试验点垂直间距一般不小于1 m，每层土不少于1个测点。3)试验前检查并接通管路，把旁压器的快速接头对号插入，把旁压器竖立于地面并调零。4)用高压氮气瓶作为压力源，缓慢调节调压阀并调到所需的试验压力。5)逐级加压，各级压力下的相对稳定时间标准为1 min。6)在任何情况下，扩张体积相当于量测腔的固有体积时，应立即终止试验。7)试验结速后，采取措施使弹性膜恢复原状。8)终止试验消压后，必须等2 min～3 min后才能取出旁压器，并仔细检查擦洗装箱。9)当需进行下一试验点的测试时重复上述步骤进行。

2.3 旁压试验资料整理

1)旁压模量。

由现场旁压试验曲线可确定旁压模量Em：

(1)

其中，μ为泊松比；Vc为旁压器中腔初始体积；Vm为平均体积增量，取旁压器试验曲线直线段两点间压力所对应的体积之和的一半；Δp为旁压试验曲线上直线段的压力增量；ΔV为相对应于Δp的体积变化增量。

2)其他参数。

地基土的承载力基本值f0=(pl-p0)/F，其中,F为安全系数。

2.4 旁压试验设备

旁压试验设备为英国剑桥旁压仪。由旁压器、控制系统、压力与变形测量系统、压力施加装置及数据采集系统等组成。剑桥旁压器直径为83mm(金属铠型)，旁压器总长1 200mm，测量腔有效长度500mm，试验额定压力4MPa，试验深度50m；自动记录试验数据。

3 现场旁压试验

3.1 成孔过程

安宁水电站坝址区覆盖层最大厚度达94m，具多层结构，从下至上总体可分6层。旁压试验成果的可靠性和准确性与试验成孔质量密切相关。现场试验成孔过程按照图1进行，具体步骤如下：

1)先以较大的钻头钻孔至要求进行旁压试验的土层A处，下套管护壁。

2)根据旁压仪的试验测头尺寸，采用83/94(mm)钻头进行旁压试验孔钻孔。试验土层钻进深度为1.5m～2.0m。钻旁压孔时采取植物胶护壁措施，以保证成孔完好。

3)要求钻孔垂直，孔壁完整，套管护壁。

3.2 旁压试验成果

现场原位旁压试验典型的试验成果曲线见图2及表1，由曲线可以看出，其膨胀体积与压力关系与理论曲线比较接近，说明钻孔孔壁比较完整，扰动很小，成果可以直接反映原始地层的力学状态。

表1 部分旁压试验成果

由表1可知，旁压试验与土层性质密切相关。砂层的旁压模量、旁压剪切模量、地基承载力、变形模量、压缩模量要小，含砾漂卵石层较大。

4 结语

1)覆盖层基础的原位结构对其工程力学特性有着重要的影响。为研究深厚覆盖层上筑坝的适应性，采用现场原位测试方法，研究覆盖层的工程力学特性。

2)进行了4个孔的现场旁压试验，共计成功取得23点的试验数据，试验最大深度为57.7m，最大试验压力接近4MPa。覆盖层旁压模量与土层性质、试验点深度等有关。试验结果表明，砂层的旁压模量最小，漂卵石、砂砾石层较大。这表明了本次旁压试验成果是合理的。

3)旁压试验成果的合理性和准确性主要取决于成孔质量，现场环境非常复杂，影响试验因素众多，因此建议旁压试验的成果应结合其他已有试验结果综合运用。

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StudyonAnninghydropowerengineeringpropertiesofdeepoverburdenlateralpressuretest

BIANLi-jie1,2HUANGXiao-jun2

(1.CollegeofConstructionEngineering,JilinUniversity,Changchun130026,China;2.BeijingResearchInstituteofSurveyandDesignofCHECC,Beijing100024,China)

According to the features of Anning Hydropower Station, the paper researches the adaptability of the damming at the deep overburden layer, undertakes the in-situ lateral loading test in the drilled holes of the deep overburden layer, and introduces the factual test process and method, so as to provide some index parameter for the foundation loading force and lateral modulus in the design and calculation.

hydropower engineering survey, deep overburden layer, engineering feature, lateral pressure test

1009-6825(2014)36-0048-02

2014-10-19

边立杰(1979- )，男，在读工程硕士，工程师； 黄小军(1981- )，男，工程师

TU412

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