对同一重大地质问题,采用不同的分析研究方法,相互论证结果的可靠性。为查清极其复杂的地质条件,深入论证重大工程地质问题,确保基础资料的可靠性奠定了坚实的基础。为工程提前1年顺利建成起到了重要的作用,取得了巨大的经济效益和社会效益。紫坪铺工程自2005年9月30日蓄水、发电以来,一直安全运行。......
2023-08-24
碎石土力学性质研究：紫坪铺水利枢纽工程
【摘要】：压缩试验成果表明压缩系数在0.129～0.51MPa-1范围内,均值0.293MPa-1,表明土体属中压缩性土。
5.2.1.1 物理和矿化特征
堆积体碎石土总体上块体大小悬殊,结构极不均匀,在垂向上具明显差异。Q⑦、Q⑤、Q④、Q③、Q②各层属块碎石夹粘土,以粗颗粒为主,天然密度1.94～2.35g/cm3,天然含水量5.42%～14.6%,小于5mm含量均值为41.5%,标准差为21.4,不均匀系数均值为1470,标准差为1766。Q⑥层属分布在碎石土中之纯粘土夹层,天然密度1.84～2.04g/cm3,天然含水量27.3%～48.41%,小于5mm含量90%～100%,小于2mm含量88%～100%,粘粒含量34.5%～50.5%,土工定名为粘质粉质土。经差热分析和X光衍射分析表明,土体中粘土矿物成分为水云母和绿泥石,非粘土矿物以石英为主,化学成分以SiO2为主,其余成分次之,硅铝比3.09～3.66,烧失量7.62%～13.94%。
5.2.1.2 土体渗透和压缩特征
堆积体土体共进行了49段钻孔简易注水,统计结果表明土体多数属弱透水至中等透水,平均渗透系数为3.1×10-4cm/s(见图5-4)。
图5-4 在现场钻孔中测试的渗透系数统计直方图
中国水利水电科学研究院(简称水科院)根据我院的试验成果,选择两条有代表性的颗分曲线作为控制级配,即上限级配(细粒居多)和平均级配(见表5-3),室内渗透变形校核试验的破坏比降(if)为2.52～3.00,渗透系数(k10)为8.5×10-5～9.4×10-4cm/s。
表5-3 试验材料颗粒组成
水科院进行的校核性压缩试验,试样高度180mm,直径300mm垂直压力基本控制在0.1、0.2、0.4、0.8、1.6、3.2MPa,垂直变形由4个呈90°分布的位移传感器接收,取其平均值。
综上,可得如下基本结论:
(1)土体的渗透特性受土体结构、测试方法等多种因素影响离散较大,一般在10-4～10-5(cm/s)量级,属弱透水,个别较强,说明土体结构极不均匀,渗透系数值离散度很大。
(2)钻孔简易注水是经钻杆向孔内注水,未加任何压力,其值一般偏小,许多工程实践也证明了这点。室内扰动样渗透试验因土体原始结构遭破坏,所测渗透系数值偏大。
(3)压缩试验成果表明压缩系数(av1～2)在0.129～0.51MPa-1范围内,均值0.293MPa-1,表明土体属中压缩性土。
5.2.1.3 土体的强度特征
根据粗细颗粒组成情况,可分为三类土:第一类土粗颗粒居多,成分灰岩,骨架为主；第二类土粗颗粒点接触粗颗粒为砂、页岩,粗细颗粒含量相当；第三类土以细粒为主,粗颗粒悬浮于细粒中。
我院在土体中共进行了6组室内扰动样大剪(直剪盒直径为φ50.5cm)试验。试验方法为饱和固结快剪；试验土样是根据现场竖井和试坑中的级配、密度试验成果在室内配制而成。试样分别取自Q④、Q③层土,试验成果见表5-4。
表5-4 土体室内大剪成果表
水科院根据我院的物性试验资料综合分析后选择两条有代表性的颗分曲线配样进行室内大型三轴剪力试验(试验成果见表5-5)。一是上限级配(细粒居多),二是所有颗粒的平均级配,试样控制干密度平均值ρd=2.0g/cm3。试验采用固结排水剪(CD)和固结不排水剪(CU)两种方法。三轴固结不排水剪试验成果与直剪成果极为接近。第一类土体的有效强度分别为内摩擦角φ=32.2°～36.6°,粘聚力C=0.024～0.01MPa(平均颗粒级配),第二类土体的有效强度分别为内摩擦角φ=28°～25.1°,粘聚力c=0.012～0.033MPa(细颗粒为上限级配),成果对比见表5-6。
表5-5 三轴试验(水科院)成果表(CU)
表5-6 土体强度试验成果对比表
直剪成果表明土体强度特性差异很大,主要有三种不同类型:一类是以粗颗粒为主,颗粒成分主要为灰岩,颗粒强度较高,粒间相互接触,构成骨架,其抗剪强度指标较高(φ=36.5°～36.9°),分布范围很广,构成堆积体的主体,如Q④；第二类是粗颗粒由砂页岩组成,颗粒本身强度较低,土体中细颗粒含量增大；第三类是由于细粒含量增多,粗颗粒悬浮于细粒之中,对土体强度不起控制作用,土体抗剪强度指标很低。后两类土体在堆积体仅占很少份量(如Q③层),特别是第三类土体呈透镜体状产出。
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