山西省蛤蟆神水库坝体土料试验分析

贾宝萍

（山西省水利水电勘测设计研究院 山西太原 030024）

山西省蛤蟆神水库坝体土料试验分析

贾宝萍

（山西省水利水电勘测设计研究院 山西太原 030024）

蛤蟆神水库除险加固工程的大坝加固改造中，其中一项采用大坝下游坝坡培厚措施，据此需对坝体土料进行物理性质试验、分散性试验、膨胀性试验，并采用了多种试验方法进行对比试验分析，为工程的设计提供了可靠依据。

土料；试验；标准；判断

1 蛤蟆神水库工程概况

蛤蟆神水库地处山西省吕梁市岚县王狮乡蛤蟆神村，位于汾河一级支流岚河支流普明河上。

蛤蟆神水库总库容624万m3，是一座防洪、灌溉综合利用的小（1）型水库。1972年7月动工兴建，1975年5月完工。多年来大坝存在严重的塌坑渗流稳定问题，且坝基渗漏严重，水库一直处在空库渡汛、低水位运用状态。

蛤蟆神水库枢纽工程由大坝、溢洪道、泄水灌溉洞等工程组成。大坝工程为均质土坝，最大坝高26.5m，坝顶长330 m；溢洪道位于大坝右坝头，为开敞式土基溢洪道，全长174 m，由进口溢流段、泄槽段、出口挑流段三部分组成；泄水灌溉洞位于大坝左岸，为坝下埋涵，全长129.6 m，由进口段、进水塔段、无压箱涵段、出口消力池段组成。

经安全评价鉴定，蛤蟆神水库为三类病险水库。因此，为确保水库工程安全运行，充分有效地利用当地水资源，对水库工程进行除险加固是十分必要。

2 问题的提出

蛤蟆神水库大坝由于坝体施工质量较差，经复核计算，虽新筑有坝体定喷防渗墙，在校核水位下下游坝坡出逸点仍较高，为保证大坝下游坝坡不发生渗透破坏，除险加固设计中结合坝顶加宽，将大坝下游坝坡培厚。为配合设计工作，了解坝体填土的质量及特性，需对坝体土料进行试验分析。

3 土工试验

3.1 试验项目

该试验试样有6组原状样和10组扰动样，其试验项目分别有：含水率、密度、比重、界限含水率（联合）、颗分（联合测定）、针孔试验、土块试验、双密度计试验（双比重计）、自由膨胀率、无荷载膨胀率、膨胀力、制样含水率、制样干密度等。

3.2 试验方法及过程

1）物理性质试验

包括天然含水率、密度、比重、界限含水率和颗粒分析试验。其中天然含水率采用烘干法测定；密度试验采用环刀法测定；土粒比重采用比重瓶法；界限含水率使用STYS-1型数显液塑限联合测定仪测定，其中液限使用入锥深度为17 mm所对应的含水率值，塑限使用入锥深度为2 mm所对应的含水率值；颗粒分析采用筛析法和密度计法相结合的联合测定法，分散剂选用4%六偏磷酸钠溶液。土的定名按照《土工试验规程》（SL237-1999）进行。

2）分散性试验

土样分散性试验采用针孔法、土块法和双密度计法（双比重计法）。

针孔法是通过土的抗冲蚀能力鉴别土的分散性。针孔法试验所用试样均为制备样，“SJ13B”试样的制样含水率和干密度采用原状样品的相应参数；“ZK13B”试样的制样干密度为1.55 g/cm3、制样含水率为 15.0%；“SJ13L”试样的制样干密度为 1.60 g/cm3、制样含水率为15.5%。将土样制成直径约40mm、长38mm的试样，并在试样进口处预埋1.3 cm长的一个锥体，在试样中间预制出1.0 mm的轴向针孔。依次在50、180、380、1 020 mm水头下进行试验。用流出水的浊度、最终孔径和流量等试验结果对土的分散性进行评价。

土块法中“SJ13B”试样为原状样；“ZK13B”试样的制样干密度为1.55 g/cm3、制样含水率为15.0%；“SJ13L”试样的制样干密度为1.60 g/cm3、制样含水率为15.5%。将土样制成1 cm3的方形土块投入盛有蒸馏水的量杯中，浸放5～10 min后观察土块中胶粒的分散性状，以评价土的分散性。

双密度计法（双比重计法）是对土的颗粒组成进行两次密度计法测定。第一次按常规土工试验密度计法测定土的粘粒含量。第二次是不加任何分散剂，不煮沸、不搅拌，只将土样用蒸馏水浸泡，抽气10 min，倒入量筒，摇晃均匀后用密度计法测定土的粘粒含量。将两次测定的粘粒含量比较，得出分散度D，以评价土的分散性。

3）膨胀性试验

膨胀性试验采用自由膨胀率、无荷载膨胀率和膨胀力三种方法。

自由膨胀率使用碾细并过0.50 mm筛的烘干土样，测定其在水中膨胀稳定后的体积增量与原体积之比。

无荷载膨胀率使用膨胀仪测定原状样在试验结束时的无荷载膨胀率。

膨胀力试验采用平衡法测定原状样在体积保持不变时，由于吸水膨胀而产生的最大内应力，使用WG-1B型杠杆式三联中压固结仪进行试验。

无荷载膨胀率和膨胀力试验中，“SJ13B”试样为原状样；“ZK13B”试样的制样干密度为1.55 g/cm3、制样含水率为15.0%；“SJ13L”试样的制样干密度为1.60 g/cm3、制样含水率为15.5%。

3.3 试验成果及分析评价

1）物性指标分析评价

按照《土工试验规程》（SL237-1999）的规定，土样比重在2.70～2.72之间，颗粒组成基本上以粉粒（0.075～0.005 mm）为主，土样均为低液限黏土，各种物理指标符合土的相关性和一般经验。

2）土的分散性分析评价

针孔法分散性试验应根据《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》（SL251-2000）表 A.2.2（详见表 1）评价其分散性，针孔法分散性试验具体情况和类别判断详见表2。

表1 针孔法试验评价土的分散性标准表

土块法分散性试验根据《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》（SL251-2000）表 A.2.4（详见表 3）评价其分散性，试样土块水解后四周有微量混浊水，但扩散范围很小，均为过渡型土。

双密度计法（双比重计法）分散性试验根据《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》（SL251-2000）表A.2.5（详见表4）评价其分散性，试样SJ13B-3-2、SJ13B-4-2、SJ13B-5-2、SJ13L-7-1、SJ13L-8-1、ZK13B-1-2、ZK13B-2-2 的分散度 D＝24.1～27.3，为非分散性土；其余试样的分散度D＝30.1～37.3，为过渡型土。

表2 针孔法分散性试验具体情况和类别判断表

表3 土块法试验评价土的分散性标准表

表4 双比重计法试验评价土的分散性标准表

3）土的膨胀性分析评价

土样的膨胀性首先根据自由膨胀率进行初判，根据《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》（SL251-2000）表A.2.6（详见表5）评价其膨胀潜势，试样自由膨胀率δe=0%～10%，具有极弱的膨胀潜势，不属于膨胀土。无荷载膨胀率为4.2%～21.8%，膨胀力为3.4～9.5kPa。

表5 膨胀土的膨胀潜势分类标准表

4 结语

1）土样比重在2.70～2.72之间，颗粒组成基本上以粉粒（0.075～0.005 mm）为主，土样均为低液限黏土。

2）土样分散性试验中，试样的制样干密度和制样含水率与《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》（SL251-2000）中“用击实仪击实到干密度达最大干密度的95%以上”的要求有所不同。在此试样状态下，针孔试验由于土体制样干密度较小，试验结果判别以分散性土为主，而土块试验结果判别为过渡型土。双密度计法（双比重计法）分散性试验结果为过渡型土和非分散性土。

由于三种试验方法作用机理不同，其分散性结论有可能不同，使用时应结合实际工况加以考虑。从安全性和可靠性方面考虑，工程应用时应适当考虑其分散性。

3）土样自由膨胀率均小于等于10%，具有极弱的膨胀潜势，且膨胀力较小（均小于10 kPa），不属于膨胀土，但应注意在无荷载情况下加水后的膨胀率。

Test and Analysis of Soil Material for the Hamashen Reservoir Dam in Shanxi Province

JIA Bao-ping

One of the dam reinforcement measures such as thickening is designed in the downstream dam slope of the Hamashen Reservoir.A series of tests for soil material including physical property test，dispersion test and the expansion test were made in turn.A variety of test methods were used for comparative analysis.The results could provide reliable evidence for design of the project.

soil material；test；standard；judgment

TV64

B

1006-8139（2017）02-069-03

2017-03-02

2017-03-09

贾宝萍（1965-），女，1989年毕业于太原工业大学，高级工程师。