用砂泥岩风化料作心墙防渗土料的性能研究

刘家伟

(云南省水利水电勘测设计研究院,昆明 650021)

用砂泥岩风化料作心墙防渗土料的性能研究

刘家伟

(云南省水利水电勘测设计研究院,昆明 650021)

楚雄州青山嘴水库工程为了优化大坝工程设计,改善大坝心墙填筑料的施工条件,降低工程造价,拟采用全强风化砂泥岩作心墙防渗土料使用,但砂岩及强风化料的掺入比例过高会影响土料的防渗效果。为了确定合适的砂岩及强风化料掺合比例,了解和掌握全强风化砂泥岩混合料的性能,把砂岩和强风化料按不同比例掺配组合进行试验研究,通过试验确定了全强风化砂泥岩混合料可以作心墙防渗土料使用,以强风化料所占比例小于60%,砂岩所占比例小于25%为宜,并总结了用砂泥岩风化料作心墙防渗土料使用应注意的技术问题。

砂泥岩风化料；渗透系数；心墙防渗；掺合比例；击实功能

2015,32(11):52-54

1 工程概况

青山嘴水库地处云南省楚雄彝族自治州楚雄市境内,位于金沙江一级支流龙川江干流上,距楚雄市区约14.5 km。是一项以防洪、灌溉为主,兼顾城市工业供水等综合利用的大(2)型工程。大坝坝型为黏土心墙堆石坝,坝高41.5 m。坝体填筑共116.56万m3,其中心墙土料19.54万m3。主坝剖面图见图1[1]。

图1 主坝纵剖面Fig.1 Longitudinal profile of the main dam

2 土料来源及物理指标

2.1 土料来源

青山嘴水库沙邑村土料场为泥岩夹少量砂岩全强风化土料场,泥岩、砂岩互层变化大,不均匀,全风化层的厚度变化大,全风化层厚度1～3 m。经过矿物成分分析,泥岩的主要成分为铁泥质占85%,粉砂质占15%,定名为紫红色含粉砂质泥岩,其防水性能好；砂岩的主要成分为石英占85%,定名为暗紫红色岩屑石英粉-细砂岩,其防水性能差；泥岩夹砂岩,其混合料定名为紫红色含泥质粉-细粒岩屑石英砂岩与含粉砂质泥岩。用于心墙料施工,全强风化砂岩及强风化料的掺合比例会影响土料的防渗性能。为此,取大型样4组,砂岩和强风化料按不同比例掺配组合进行试验研究,考察混合土料的物理、力学性质。

取样采用刻槽法,从地表以下0.5 m开始,自上而下,一直取到探坑底部,样品参数统计见表1,颗分曲线见图2。

表1 样品参数统计Table 1 Statistics of sampling

图2 土料来样颗粒分析曲线Fig.2 Particle analysis of soil sample

2.2 土料物理指标

4组土料的物理指标见表2,根据试验后的颗粒组成情况依据规范定名4组料均为黏土质砾(GC)[2]。从试验成果可看出,细粒含量及塑性指数与强风化所占比例成反比,强风化料所占比例过高会导致细粒含量减少,影响土料的防渗效果。

3 试验结果及分析

3.1 土料粒径对击实试验指标的影响

4组土料分别取限制粒径60 mm的等量替代样品采用大型击实仪进行击实试验,同时取限制粒径20 mm的等量替代样品用中型击实仪进行对比试验。试验结果见表3。

表3 不同粒径土料的击实试验成果Table 3 Result of compaction test of soil material under different particle sizes

从表3中可看出,在同一单位击实功能下,干密度随限制粒径增大而增大,最优含水率随限制粒径增大而降低。

3.2 压实度对渗透系数的影响

用标准击实试验获得的最大干密度,分别按98%和100%压实度控制制样进行大型渗透试验测试。试验结果见表4。从试验结果可看出,压实度对渗透试验指标的影响较大,压实度从98%提高到100%,渗透系数就减小了一个量级。

表4 不同压实度渗透试验成果Table 4 Results of permeability test under different degrees of compaction

3.3 击实功能对渗透系数和干密度的影响

用DY-2土料按4个不同的功能进行大型击实试验,对击实试验后的土料进行颗粒分析,以了解颗粒破碎情况,并分别用击实试验获得的最大干密度控制制样进行渗透试验,进一步了解击实功能对此类土料的影响,试验成果见表5,击实功能与干密度、渗透系数的关系曲线见图2。

从试验结果看出:①随着击实功能的增大,干密度和破碎率随之增大,渗透系数及最优含水率随之减小；②击实功能从591.9 kJ/m3提高到863 kJ/m3破碎率增大明显；③从图3可看出以击实功能900 kJ/m3为分界点,600 kJ/m3至900 kJ/m3段曲线变化明显, 900 kJ/m3至2 688 kJ/m3段2条曲线均呈渐趋变缓的趋势。

表5 不同击实功能的试验成果Table 5 Test results under different compactive efforts

图3 击实功能与干密度、渗透系数的关系曲线Fig.3 Relations of compactive effort vs.dry density and permeability coefficient

4 土料的力学指标及评价

分别对4组土料进行了三轴及固结试验,试验指标见表6。由表6可知,强风化土料的掺配比例与压缩系数成反比,与抗剪强度成正比,强风化所占比例愈高压缩系数愈小,抗剪强度愈高。击实、渗透试验成果与P5(颗粒粒径＞5 mm的含量)成正比,即P5含量愈高、干密度和渗透系数愈大。

表2 土料物理指标情况Table 2 Physical indexes of soil material

表6 4组土料力学指标及评价Table 6 Mechanical indexes of 4 samples of soil materials

参照《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》(SL251—2000)[3],对土样进行评定。评定指标见表6。从指标评价表来看,只有DY-3土料的各项指标满足规范要求[4-5]。

5 结 语

(1)全强风化砂泥岩混合料可以作心墙防渗土料使用,以强风化料所占比例小于60%,砂岩所占比例小于25%为宜。

(2)用砂泥岩风化料作心墙防渗土料能提高土体压实密度和强度,减少压缩变形。

(3)在施工开采过程中根据料场的实际情况,采用适宜的开挖深度,控制好土料的全强风化料的比例及砂岩含量并尽量选用碾压功能较大的碾压设备是确保施工质量的关键。

(4)砂泥岩风化料场的主要问题为土料上下层风化程度不均匀,泥岩、砂岩互层变化大,施工时要采用立面开采并注意拌和均匀,避免粗粒料及砂岩料集中上坝。

[1]刘家伟.楚雄州青山嘴水库工程沙邑村大坝心墙料试验研究专题报告[R].昆明:云南省水利水电勘测设计研究院,2007.(LIU Jia-wei.Special report of Core Wall Material of Shayicun Dam in Qingshanzui Reservoir of Chuxiong State[R].Kunming:Yunnan Institute of Water& Hydropower Engineering Investigation,Design and Research,2007.(in Chinese))

[2]SL237—1999,土工试验规程[S].北京:中国水利水电出版社,1999.(SL237—1999,Specification of Soil Test[S]. Beijing:China Water Power Press,1999.(in Chinese))

[3]SL251—2000,水利水电工程天然建筑材料勘察规程[S].北京:中国水利水电出版社,2000.(SL251—2000,Specification on Investigation of Natural Building Material for Water Conservancy and Hydropower Engineering[S].Beijing:China Water Power Press,2000.(in Chinese))

[4]DL/T5129—2001,碾压式土石坝施工规范[S].北京:中国水利水电出版社,2001.(DL/T5129—2001,Specification for Rolled Earth-rock Fill Dam Construction[S].Beijing:China Water Power Press,2001.(in Chinese))

[5]SL274—2001,碾压式土石坝设计规范[S].北京:中国水利水电出版社,2001.(SL274—2001,Design Code for Rolled Earth-rock Fill dams[S].Beijing:China Water Power Press,2001.(in Chinese))

(编辑:姜小兰)

Research on Properties of Weathered Sandstone and Mudstone as Impervious Soil for Central Core

LIU Jia-wei
(Yunnan Institute of Water&Hydropower Engineering Investigation,Design and Research, Kunming 650000,China)

In order to optimize the design of the dam project,improve the construction conditions of filling material of central core,and reduce project cost,we used entirely or strongly weathered sandstone and mudstone as impervious soil in Qingshanzui reservoir,which is in Chuxiong state of Yunnan province.But seepage control will be affected by excessive mixture ratio of strongly weathered sandstone and mudstone.For the purpose of determining appropriate mixture ratio and finding properties of sandstone and strongly weathered material,we carried out several experiments,in which sandstone and strongly weathered material were mixed under different ratios.Through experiments,results show that,entirely or strongly weathered mixtures of sandstone and mudstone can be used as antiseepage soil material for central core,and the rational mixture ratio for strongly weathered material is less than 60%,with sandstone less than 25%.Finally,several important technical issues are summarized for the forementioned material.

mixtures of sandstone and mudstone；permeability coefficient；anti-seepage of central core；mixture ratio；compaction effort

TV443

A

1001-5485(2015)11-0052-03

10.11988/ckyyb.20140417

2014-05-21；

2014-06-24

刘家伟(1972-),男,云南建水人,高级工程师,主要从事水利水电工程试验检测工作,(电话)0871-65017655(电子信箱)952281727 @qq.com。