青海玛尔挡水电站原位变形模量研究

孙红雨，孙裔发

(湖北省宜昌市鼎诚技术服务有限公司，湖北 宜昌，443002)

青海玛尔挡水电站原位变形模量研究

孙红雨，孙裔发

(湖北省宜昌市鼎诚技术服务有限公司，湖北 宜昌，443002)

本文以青海黄河玛尔挡水电站前期所做的变形模量试验为背景，以现场模拟的形式，阐述了在无侧限压力下的地基沉降情况，为以后的施工及试验提供相应的参考。

混凝土面板堆石坝 变形模量 地基沉降 无侧限压力 玛尔挡水电站

1 工程概况

青海黄河玛尔挡水电站工程建筑物主要由混凝土面板堆石坝、右岸一条泄洪洞、右岸三孔溢洪道及右岸引水地下厂房等组成。混凝土面板堆石坝，坝顶高程3283.00m，最大坝高211m，坝顶宽12m，上游坝坡1∶1.4，下游坝坡1∶1.4～1∶1.5，综合坡比1∶1.61。坝顶长359.8m，趾板建基面座落于弱风化基岩上，河床趾板建基高程3072.00m，坝体最大底宽630.0m，坝体填筑总量为1055.0万m3。堆石坝填筑包括:二长岩、砂岩填筑以及两种坝料通过不同的比例掺配组成的坝料填筑。为检验狭窄河谷高面板坝变形控制措施的可行性及可靠性，论证坝料设计填筑标准的合理性，在取得坝体填筑料的碾压参数后进行相应的原位变形模量试验。

2 坝料性能与设计要求

2.1 碾压试验坝料及级配

碾压试验坝料主要选用右岸坝肩3283.00m高程以上开挖的爆破料(堆放在阿让台平台)、枢纽区左右岸坝肩3283.00m～3247.00m高程、右岸溢洪道3283.00m～3247.00m高程及右岸地下厂房电站进水口3283.00m～3247.00m高程爆破开挖的爆破料。所有爆破料进入碾压试验场地前，均进行筛分试验，确保满足设计级配要求。

2.2 各种坝料种类及填筑标准

各种料拟采用的填筑标准见表1。

表1 坝料填筑标准

3 填筑料试验及相关成果

3.1 填筑料材质试验

填筑料材质试验结果表明：砂岩干燥状态下抗压强度85.8MPa～169.0MPa，平均143.5MPa；饱和状态下抗压强度53.2MPa～148.4MPa，平均128.7MPa；软化系数在0.57～0.92之间，平均0.90。二长岩干燥状态下抗压强度77.2MPa～143.3MPa，平均104.3MPa；饱和状态下抗压强度41.5MPa～89.9MPa，平均65.6MPa；软化系数在0.52～0.73之间，平均0.63。

3.2 填筑料颗粒级配试验成果

本次试验引用的标准为《碾压式土石坝施工规范》DL/T 5129-2001、《混凝土面板堆石坝设计规范》DL/T 5016-2011和《水电水利工程粗粒土试验规程》DL/T 5356-2006。碾压试验所用砂岩主要为堆放在阿让台平台上的砂岩，碾压试验前，从阿让台砂岩料堆选取有代表性的6个部位分别取样，混合后进行全料筛分试验，验证填筑料是否满足设计级配要求；二长岩主要是溢洪道进出口爆破料，爆破筛分合格后堆放在碾压试验场的备料区。

从全料筛分颗粒级配曲线看，砂岩不均匀系数偏小，级配曲线不顺滑，出现拐点，即存在某粒级段颗粒含量偏小或偏大，但总体在设计包络线范围内。

3.3 级配及密度试验成果

经现场随机取样检测成果可知，筑坝料试验前P5含量(大于5mm颗粒含量)的值为91.9%，筑坝料试验前<20mm颗粒含量为19.4%，从密度试验成果来看，试验前干密度变化范围值为2.24g/cm3～2.27g/cm3，平均值为2.26g/cm3，通过以上试验成果可以看出，筑坝料各项指标均满足设计要求，密度均匀性较好，在此基础上，可以进行现场原位变形模量试验。

4 原位变形模量试验

4.1 试验检测设备

(1)承压板：采用具有足够刚度的刚性圆形板。承压板直径与筑坝料粒径之比不小于1∶3，选择承压板直径150cm，筑坝料最大粒径为50cm。

(2)加荷及反力装置：包括压力源、载荷梁架。设计最大荷载900t，采用堆载作为反力，由3个500t的液压千斤顶并联接入油压泵分级施压，油压千斤顶具有双向调节功能，其出力相对误差不大于5%。

(3)液压稳定控制系统：采用武汉中岩科技有限公司研制的RSM-TC数据传输监控系统，包括RSM-JCⅢ静荷载测试仪、RSM-JC数控盒和手提电脑。RSM-TC数据无线传输监控系统具有自动加载、自动卸载、自动读数、自动稳压、自动校验、断点续传，保证上传数据完整性。

(4)沉降观测装置：沉降观测采用量程50mm，精度0.001mm位移传感器，传感器通过仪器可实现断点续传，即量程可进行调整，并通过RSM-TC数据传输监控系统连接电脑自动采集，位移传感器采用磁性表架固定，组合牢固稳定、调节方便。

4.2 试验方法

坝体筑坝料现场变形模量试验采用平板载荷试验方法，即通过承压板向回填的筑坝料逐级施加荷载，观测筑坝料荷载压力和变形的试验。试验时筑坝料最大粒径选用50cm(剔除大于50cm的坝料)，根据填筑料粒径与承压板直径之比不小于3∶1要求，此次试验承压板直径选取d=150cm，承压面积为17662.5cm2。本次载荷分10级施加，按相应的设计要求(最大法向压力5MPa)，最大加载量为900t，第一级可按两倍荷载进行加载，即为180t，然后逐级往上加载，加荷方法采用沉降相对稳定法。

4.3 测点沉降量观测及变形模量成果

此次静载试验共进行3个点的平行试验，根据现场试验成果，筑坝料的最大承载力为630t，即其法向应力为3.6MPa。

4.4 原位变形模量试验成果分析

此次现场原位变形模量试验采用浅层平板载荷试验方法，试验成果在一定程度下只能反映承压板下深度约为2倍承压板直径范围内筑坝料的综合变形性能。

(1)试点1从变形模量试验整体成果来看，随着试验压力的增大，变形模量值逐渐增大，变形模量在155MPa～220MPa之间，力值超过4500kN，即法向应力达到2.5MPa后，沉降率增大，变形模量值减小，其主要原因为试点范围内岩石接触应力增大，造成筑坝料颗粒破碎或侧向挤出，开始出现试点周围隆起现象。

(2)试点2在法向应力达到3.0MPa后，沉降率急剧增大，其主要原因是承载板下存在较大块石，随着荷载的增大，大块石被破坏，承载板急剧下沉，试验压力无法维持稳定，试验点周围迅速隆起，并出现裂缝，碾压体结构被破坏。

(3)试点3变形模量试验成果表明，力值在3600kN，即法向应力2.0MPa之前，随着试验压力的增大，变形模量值迅速增大，力值在3600kN时，变形模量达到最大值，为473.12MPa，其主要原因为承载板正下方有大粒径块石，试验时随着荷载增大，块石接触应力增大被侧向挤出，使承压板周围出现裂缝。通过挖坑取样可以看出，试坑内有两个大的岩石相互交叠在一起。力值超过5400kN，即法向应力3.0MPa后，随着力值增大，大粒径块石被侧向挤出，使承压板周围出现裂缝，

TV522∶TV41

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2095-1809(2017)03-0075-03