东部某抽蓄面板堆石坝坝体填筑料压缩试验研究

李华 陈文波 彭鹏 贾海波

摘要：面板堆石坝坝体填筑料的压缩性很大程度上决定着坝体的防渗性和密实性，为了更好的满足安全要求，针对某抽水蓄能电站面板堆石坝坝体的填筑料，开展了一系列的压缩试验，首先将坝体的材料按照工程特性的不同，区分为垫层料、反滤料，过渡料、主堆石料、次堆石料、全强风化土及全强风化土石料区等，然后采用φ505×200mm试样的大型固结仪进行压缩试验，试验计算出各种试样在不同状态下的e-p关系曲线，求出不同压力p下的压缩系数、压缩模量等指标。实验结果表明，主堆石料、次堆石料、垫层料、过渡层料与反滤料5种试料属低压缩性，而全强风化土与全强风化土石混合料属中等压缩性，需要进行骨料参合，以提高其工程抗变形特性及坝体的安全行，并在坝体填筑的过程中加强相关安全监测。

关键词：抽水蓄能电站；面板堆石坝；填筑料；压缩试验；工程地质特性

1前言

面板堆石坝坝体的稳定性及其工程特性往往受其填筑料质量的控制，尤其是其渗透稳定性和压缩变形特性，这直接关系到整个坝体的稳定性。针对面板堆石坝坝体填筑料的相关研究已经开展了较多方面的研究，主要集中在较为常见的比重、密度、大型三轴、渗透以及渗透变形的试验研究，常规压缩试验往往容易被轻视或者忽略。其实，常规压缩试验与其它相关试验具有良好的一致性，在缺乏其它试验条件时，其结果可直接作为重要的依据和参考，同时，相比其它试验方法，压缩试验方法较为简单，经济实用，且其结果精度也具有较高的精度。

2工程概况

东部某抽水蓄能电站位于浙江省境内。电站装机容量为4×375MW，整个工程由上水库、下水库、输水系统、地下厂房及开关站等组成。

上水库位于湫山乡梧桐村，天然库盆平面形态似蝴蝶形，库底高程约605～620m左右，四周库岸除两个垭口外，山体雄厚，两垭口处高程分别为588m和631.3m，在两垭口处分设主、副坝后形成上水库。

枢纽工程区地层岩性主要分布流纹质含砾晶屑熔结凝灰岩以及凝灰质砂岩、凝灰质泥岩、熔结凝灰岩、玄武岩、安山岩、角砾熔岩等。

上水库主坝坝址区河谷呈“V”字型，基岩为含砾晶屑熔结凝灰岩，局部为英安质凝灰岩或流纹质的角砾凝灰岩。弱风化含砾晶屑熔结凝灰岩的饱和单轴抗压强度平均值为143Mpa。副坝左岸地层为角砾凝灰岩蚀变玄武岩、安山岩、角砾熔岩等，岩性差别大，弱风化～微风化，岩石饱和单轴抗压强度为34～92Mpa；右岸为含砾晶屑熔结凝灰岩，局部为凝灰岩，弱风化岩石饱和单轴抗压强度为143MPa，岩石坚硬。

主坝坝体的材料主要分垫层区（2A）、过渡料区（3A）、主堆石区（3B）、次堆石区（3C）以及上游压坡体，副坝坝体的材料除将次堆石区（3C）改为全强分化土石料区（3D）外与主坝分区相同。

3试验过程及结果分析

3.1材料及试验级配

现场试验及取样地点分别取自于原位的三个探硐的硐渣料。副坝坝基土和副坝坝基粗粒土分别取自于副坝哑口左岸及副坝垭口处的开挖试坑中。

通过击实试验得到各种试料的最大、最小干密度，以确定压缩试验的控制干密度。压缩试验拟求出各种试样在不同状态下的e-p关系曲线，求出不同压力p下的压缩系数、压缩模量等指标。垫层料（2A）采用开挖的新鲜微风化角砾凝灰岩、熔结角砾凝灰岩、沉凝灰巖、含砾晶屑熔结凝灰岩混合料人工轧制而成。最大粒径80mm，粒径小于5mm含

3.2试验方法及试验结果

用φ505×200mm试样的大型固结仪进行压缩试验，根据《粗颗粒土固结试验》SL237-058-1999的有关规定，试验前对要求饱和状态下的试样进行饱和，试验压力按50、100、200、400、800、1600、3200kPa分级施加，每级压力施加后按下列时间顺序测记试样高度变化：0.25、1、2.25、4、6.25、9、12.25、16、20.25、25、30.25、36、42.25、49、60min，此后每隔1h测记1次，直至主固结完成。表1为试验结果，图1～图2为其相应的压缩曲线，压缩系数av与压缩模量Es的定义如下：压缩系数av：将压缩试验结果所得的数据采用普通直角坐标绘制成e-p曲线。当压力由pi增至pi+1，相应的孔隙比由ei减小到ei+1，e-p曲线的割线斜率定义为压缩系数，MPa-1，即：

（1）

压缩模量Es：其定义为土在完全侧限的条件下竖向应力增量 与相应的应变增量 的比值：

（2）

在无侧向变形，即横截面面积不变的情况下，压缩系数a与压缩模量Es之间的关系：

图1孔隙比与压力值关系曲线

图2压缩系数与压力值关系曲线

4结论

（1） 由试验结果可知，随着压力p的增大，孔隙比e则越来越小，呈现典型的反比状态，这是由于受压后，其空隙被压缩，且被细颗粒物质填充；除全强风化土和全强风化土石混合料外，压缩系数越来越小，呈现典型的反比状态，表现出与孔隙比e良好的一致性，证明其可压缩性越来越小，越来越密实；除全强风化土和全强风化土石混合料外，压缩模量随其越来越大，呈现典型的正比状态，同时表现出与孔隙比e和压缩系数的反比性。

（2） 主堆石料、次堆石料、垫层料、过渡层料与反滤料5种试料在100～200kPa压力区间内对应的压缩系数a1-2<0.1MPa-1，属低压缩性；副坝坝全强风化土与全强风化土石混合料的压缩系数0.1Pa-1≤a1-2<0.5MPa-1，属中等压缩性。

（3） 由此可推断出垫层料与过渡料的渗透性满足水力过渡的设计要求。反滤料的渗透性也满足一般的设计要求。副坝全强风化土石混合料及副坝坝基粗粒土的渗透性较小，施工期及蓄水运行时可能存在固结沉降问题，建议进行必要的监测。

参考文献

[1]蒋国澄、傅志安。《混凝土面板坝工程》，湖北科学技术出版社，1997年12月。

[2]刘特洪、林天健。《软岩工程设计理论与施工实践》，中国建筑工业出版社，2001年5月。

[3]蒋国澄。《混凝土面板堆石坝若干问题的讨论》，面板堆石坝通讯，1992年。

[4]DL/T5128-2001《混凝土面板堆石坝施工规范》，中国电力出版社，2001年。

[5]曹克明，汪易森，张宗两，高混凝土面板台首播的设计与施工[J]。水力发电，2002.（10）；49-52.