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
紫坪铺水利枢纽工程地质力学特性研究成果
【摘要】：表明该层仍具有结构较密实、承载力较高的特性。
8.2.2.1 物理性质试验
坝基河床和右岸阶地覆盖层先后共进行了121组物理性试验。
(1)河床漂卵砾石层。据23组物性试验成果资料,其平均天然密度为2.3g/cm3,干密度2.23g/cm3,孔隙比0.26,大于5mm颗粒含量81.7%,不均匀系数229.1,级配曲线为上陡下缓坡型。可见该层粗颗粒构成骨架,干密度较大,孔隙比较小,具有结构较密实和承载力较高的特性。
(2)右岸阶地覆盖层。
第①层漂卵砾石层:在竖、浅井中共进行了33组物性试验,平均天然密度2.27g/cm3,干密度2.17g/cm3,孔隙比0.28,粒径大于5mm颗粒含量77.1%,不均匀系数275,级配曲线为上陡下缓坡型。表明该层仍具有结构较密实、承载力较高的特性。
第②层含砂土块(漂)碎石层:10组物性试验成果表明,该层以块(漂)碎石为主,粒径大于5mm颗粒含量占84.3%,不均匀系数86.7,级配曲线属上陡下缓坡型,天然密度2.29g/cm3,干密度2.19g/cm3,孔隙比0.255,显示其具较好的密实度和较高的承载能力。
第③层漂卵砾石层:该层共进行了55组物性试验,其中所夹的砂层①和砂层②两个砂层透镜体分别进行了30组、12组。试验成果表明,漂卵砾石层粒径大于5mm颗粒含量占74.9%,不均匀系数577.8,级配曲线为上陡下缓型,天然密度2.17g/cm3,干密度2.02g/cm3,孔隙比0.364,结构相对较松散。砂层①天然密度1.77g/cm3,干密度1.48 g/cm3,相对密度0.55,孔隙比0.866,小于5mm颗粒含量达99.7%,粉细砂占66.8%,平均粒径0.14mm,不均匀系数8.57,级配曲线为反S型,表明该砂层结构较密实,具有产生地震液化的良好级配条件。砂层②天然密度1.73g/cm3,干密度1.33g/cm3,相对密度0.36,孔隙比0.863,小于5mm颗粒含量达98.3%,粉细砂占40.2%,平均粒径0.32mm,不均匀系数7.24,级配曲线仍为反S形,表明该砂层结构松散,亦具有产生地震液化的级配条件。
8.2.2.2 重力触探及标贯试验
为了更好地研究土体的承载能力和变形特性。对坝基覆盖层中的粗粒土和细粒土分别进行了超重型触探试验和标贯试验。
在6个钻孔内进行了N120超重型重力触探试验。触探孔分别布置在大坝坝轴线至趾板之间的河床及右岸阶地上。除阶地上部漂卵砾石层指标略低外,其余各粗粒土层指标均较高,其承载力标准值较载荷试验比例界限值的大,而变形模量比载荷试验结果小,其中:
河床冲积层承载力标准值和变形模量分别为0.89MPa和56MPa(平均值,下同)。右岸阶地上部冲积层承载力标准值0.50MPa,变形模量32.5MPa。中部的块(漂)碎石层承载力标准值0.73MPa,变形模量47.5MPa。下部的漂卵砾石层承载力标准值和变形模量分别为0.56MPa和36MPa。
土体中因含有较多块径大的漂、块石,强度较高,N120超重型重力触探试验多处击数太大超过规定。
右岸阶地上部的砂层进行了8组标贯试验,成果表明,砂层的承载力标准值和变形模量均较低,分别为0.17MPa和12MPa。
8.2.2.3 室内力学全项试验
共进行了5组室内扰动样力学全项试验。抗剪为饱和固结快剪,压缩是在饱和状态下进行的。试验土样是根据现场竖井和浅井中的级配、密度试验成果在室内配制而成,试验对大于60mm超径部分采用等重量替代法处理,试样中最大粒径为60mm。试样分别取自现代河床冲积层和右岸阶地下部冲积层土体中。
右岸阶地上部冲积漂卵砾石层压缩系数av0.1～0.2为0.0134～0.0112MPa-1,压缩模量ES0.1～0.2为95.2～111MPa,属低压缩性土；内摩擦角φ为34.8°～35.4°,具有较高抗剪强度。
右岸阶地下部冲积漂卵砾石层压缩系数av0.1～0.2为0.0089MPa-1,压缩模量ES0.1～0.2为139MPa,属低压缩性土；内摩擦角φ为36°,具有较高抗剪强度。
现代河床冲积层压缩系数av0.1～0.2为0.0170～0.0071MPa-1,压缩模量ES0.1～0.2为76.9～172MPa,属低压缩性土；粘聚力C为0.060～0.065MPa,内摩擦角φ为38.6°～40.0°,具有较高抗剪强度。
从压力(P)～压模(ES)关系曲线可看出,随着压力(P)增大土体压缩模量(ES)逐渐增高,河床阶地下部漂卵砾石层趋于平缓,而浅部漂卵砾石层开始时P随ES增大而增大,当P达到一定(0.4～0.8MPa)后,ES开始变小,说明土体有再次压密的过程,从而引起变形量的增大。
8.2.2.4 室内高压大三轴试验
共进行了3组室内高压大三轴试验,试验方法为饱和固结排水剪(CD)。试验控制干密度ρd=2.14～2.23g/cm3,控制含水量ω=2.3%～4.6%,试验成果表明河漫滩及右岸阶地上漂卵砾石层当施加围压0.2MPa、0.4MPa、0.6MPa时,φ=34.8°～36.4°,K=500～640,表明力学指标较高。高压大三轴试验所得的非线性E～μ模型8个参数可供有限元分析计算用。
8.2.2.5 砂土振动液化试验
据深竖井(SJ1)、浅井、钻孔揭示坝基土体中有砂层透镜体分布,为了研究砂层液化的可能性,分别对SJ1竖井上部和下部的砂层各取1组试样进行室内振动液化试验。
试验围压σ3C分别采用0.1MPa、0.125MPa和0.15MPa,固结应力比Kc控制为1。根据振动液化时的动剪应力,绘制了固结应力比Kc为1时的τd～Nf关系曲线并得出了各条件下的动强度指标。
8.2.2.6 现场土体地震波测试
为了更好地研究土体的工程地质特性,本阶段选择了有代表性的ZK104、ZK97、ZK110三个钻孔进行了地震波速测试。它们分别位于右岸阶地、右岸河滩地及左岸河滩地。
右岸阶地的ZK104钻孔地震波测试表明,块(漂)碎石层,纵波波速893～2000 m/s,横波波速420～885m/s,动弹性模量1.04～4.5GPa,动剪切模量0.39～2.0GPa。
右岸河漫滩地的ZK97钻孔地震波测试表明,孔深0～6.5m处,纵波波速为1100～1780m/s,横波波速为520～780m/s,动弹性模量为1.66～3.7GPa,动剪切模量为0.61～1.34GPa。孔深6.5～15.5m处,纵波波速2040～2500m/s,横波波速1087～1300m/s,动弹性模量6.64～9.2GPa,动剪切模量2.6～3.5GPa。上述情况说明河床覆盖层上部土体结构松散；下部土体的波速、动模量明显比上部土体高,其结构相对较密实。
左岸河漫滩地的ZK110钻孔地震波测试表明,河床冲积层(0～9.5m),纵波波速1818～2632m/s,横波波速917～1149m/s,动弹性模量5.16～7.84GPa,动剪切模量1.8～2.9GPa；其波速特性与右岸河滩ZK97钻孔下部土体相似,各项指标均较高,土体结构较密实。
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