花崗巖風化砂料作為土石壩筑壩材料的探索

劉云貴

【摘 要】針對在花崗巖風化區修建的水利樞紐工程，通過分析天然狀態下花崗巖風化砂的物理力學參數，結合現場物理力學試驗，對采用花崗巖風化砂作為土石壩填筑料進行探索研究。

【Abstract】For the water conservancy project in weathered granite zone， paper analyzes the physical and mechanics parameters of weathered granite under the natural state， combing the on-site physical mechanics test， explores the weathered granite using as the filling material in earth and rockfill dam.

【關鍵詞】花崗巖；風化砂；土石壩 ；填筑料

【Keywords】granite；weathered sand； earth rockfill dam； filling material

【中圖分類號】TV5 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）08-0173-02

1 引言

目前，在具有多種筑壩材料的情況下，土石壩的壩體分區設計一般根據就地取材和挖填平衡原則進行。針對土石壩工程，本文通過設置不同分區及壩體材料配置方案，針對各方案進行滲流以及壩坡穩定性分析，從而對壩體分區方案進行優化設計研究，選擇既可以滿足滲流穩定要求，又可以節省工程造價的方案，從而達到合理配置各個分區土質材料以及安全經濟的目的[1]。

2 工程概況

某水庫工程是一座以灌溉為主并兼顧農村生活供水的水利工程，設計總庫容351.32萬m3，最大壩高57.94m。根據《水利水電樞紐工程等級劃分及洪水標準》（SL252-2000），工程規模為?。?）型，工程等別為Ⅳ等，主要建筑物為4級，次要建筑物為5級。

3 填壩材料試驗成果

3.1 料場地質概況

經過勘探料場整體巖性為燕山晚期白堊紀侵入巖（r53（b））中細粒黑云母花崗巖，風化強烈且風化不均勻，局部地區全風化層埋深達15.0m左右，厚度13.50m，風化較深，呈砂土狀，強度低。由于本地區巖性風化較強烈，導致開采的主要用料為強風化夾少量全風化及弱風化花崗巖，因此，在施工開采時，應盡量選擇全風化中下部、強風化、弱風化上部的巖層來作為壩殼料，主要用料為強風化為主，滿足其質量技術

要求；由于花崗巖風化不均勻，局部地段全風化和覆蓋層較深，全風化和覆蓋層棄料太多，建議對棄料采取合理運用置于前壩坡，清除覆蓋層表面的腐殖層，以滿足其質量技術要求。

3.2相對密度試驗

采用相對密度試驗測定最大干密度值，相對密度儀，用松堆法裝入樣品，裝滿后找平稱重，算出最小干密度；然后在總壓力14KPa下振動8min，測讀試樣高度，算出最大干密度；根據制樣密度計算相對密度值。

3.3 比重及滲透試驗

比重試驗：大于5mm的粗粒料采用虹吸筒法，小于5mm的細粒料采用比重瓶法進行試驗，根據粗細粒含量求得風化料的加權比重。

滲透試驗：采用試樣筒直徑30cm、高30cm的滲透儀，用人工錘擊至所要求的高度，再用常水頭進行飽和，待其試樣飽和出水后，用常水頭法進行試驗。

3.4 三軸剪切試驗

試驗采用SZ30-4B3型2000KN全自動大型三軸儀進行剪切試驗、數據采集以及數據處理皆為自動化，求得試驗參數。剪切試驗狀態為固結排水（CD）剪切，按圍壓100KPa、200KPa、400KPa、800KPa四級施加荷載。

4 滲流穩定分析

4.1 滲流計算

大壩滲流分析計算采用河海大學開發的Autobank7的滲流分析計算。計算組合情況：

按以下四種工況計算：

工況一：正常蓄水位+下游無水

工況二：設計洪水位+下游無水

工況三：校核洪水位+下游無水

工況四：校核洪水位驟降至正常蓄水位

計算實際選取大壩最大斷面為計算代表斷面，采用校核洪水位情況下的等勢線及流線，計算大壩滲透穩定；采用正常蓄水位下的穩定滲流計算主壩滲透流量。

通過計算，各水位情況的計算成果見下圖：

根據計算結果，壩體砂壤土最大滲透比降為0.42，風化砂土最大滲透比降為0.13，黏土防滲墻最大滲透比降為16.00，出逸點處的最大滲透比降為0.36。

4.2 穩定計算

根據《碾壓式土石壩設計規范》（SL274-2001）的要求，壩坡抗滑穩定計算采用計及條塊間作用力的簡化畢肖普法，計算程序采用Autobank7程序計算，根據計算成果表可得，大壩上游壩坡安全系數在“校核洪水位快速降至死水位以下”工況時最小，為1.38，大于規范要求值1.15；下游壩坡在“校核洪水位形成穩定滲流”工況時最小，為1.33，大于規范要求值1.15；特殊工況為“設計洪水位形成穩定滲流+Ⅶ度地震”工況時安全系數最小，為1.15，大于規范要求值1.10。大壩體型結構設計滿足規范要求。

5 結語

本文通過分析計算填壩材料的滲流穩定，得到土石壩壩料分區優化方案，驗證方案可行性。通過試驗分析得到以下結論 ：

第一，土石壩近上下游兩側以及壩底處的材料對土石壩的穩定性能影響最為顯著，因此這些部位應該優先選擇強度較高的材料進行配置；而壩體中心部位和近下游處的材料對土石壩的滲流逸出點位置影響較為顯著，因此在這些部位應配置防滲性能好的材料，在壩體近下游處應該優先選擇透水性能好的材料進行配置[2]。

第二，本文得到的最終優化方案能夠在滿足壩體安全及結構要求的前提下，更為有效地發揮材料防滲及抗滑穩定功能。

【參考文獻】

【1】陳志波，朱俊高.土石壩心墻材料分區優化設計[J].河海大學學報：自然科學版，2009，36（6）：790-795.

【2】劉倬昀，辛全才，張帆.土石壩壩料分區優化研究[J].水力發電，2014（12）：35-37.endprint