分散性黏土大壩研究現狀及存在問題探討

孫家勇，周方錄，郭麗名

(大慶市松嫩工程管理處，黑龍江 大慶 163311)

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分散性黏土大壩研究現狀及存在問題探討

孫家勇，周方錄，郭麗名

(大慶市松嫩工程管理處，黑龍江 大慶 163311)

摘要：分散性黏土是世界上分布廣泛的一種特殊土，對水利大壩危害很大。文章簡要介紹了分散性黏土的分散機理、判別試驗、大壩常見處理措施及存在的主要問題。針對存在的一些問題，作了一些探討。針對5種試驗結果不吻合的情況，主要應該從分散性機理方面找原因，進一步加深分散性黏土特性研究，同時應當規(guī)范分散性黏土的判別標準和試驗規(guī)程，使土的分散性判別方法標準化、定量化。

關鍵詞：分散性黏土；分散機理；判別試驗；處理措施

0前言

分散性黏土是一類特殊土，在世界上，澳大利亞于20世紀50年代首先發(fā)現分散性黏土，之后在美國、以色列、越南等國也發(fā)現分散性黏土；在國內，于20世紀70年代黑龍江首先發(fā)現分散性黏土，之后在浙江、新疆、寧夏等地也發(fā)現分散性黏土；由此可見，分散性黏土在世界上分布比較廣泛。在一些筑壩地區(qū)常存在分散性黏土，用分散性黏土筑壩不可避免，例如阿根廷的烏魯姆壩、伊朗的塔里干土石壩、黑龍江南部引嫩工程17號壩等。由于分散性黏土具有極易被沖蝕的特性，國外資料顯示水流流速>10 cm/s時就會發(fā)生沖蝕，遇到低含鹽量的水就會分散流失，出現大面積沖蝕孔洞或發(fā)生突然管涌破壞[1]。

但是，分散性黏土大壩經過合理的處理之后也可以保證大壩的安全性。

1分散性黏土大壩研究現狀

1.1分散性黏土分散機理

世界各國專家學者對分散性黏土的分散機理進行了研究，美國的一些專家認為土體產生分散是由土中含量較高的鈉離子引起的。分散性黏土中的可交換性鈉離子含量較高，并且其礦物成分主要是蒙脫石。我國學者認為，土具有分散性是因為：①含有蒙脫石這種結構不穩(wěn)定的黏土礦物，蒙脫石類黏土屬于2:1型礦物，即由2個硅氧四面體夾1個鋁氧八面體形成三層礦物。但是片與片之間無K+聯結，水可以進入片層之間，使晶體產生很大的體積改變；②膠結物含量不足以抑制膨脹和分散作用；③高PH值的堿性介質環(huán)境[2]。

1.2分散性黏土判別試驗

判別土是否分散的5項基本試驗為雙比重計試驗、針孔試驗、碎塊試驗、交換性鈉質量分數試驗和孔隙水可溶鹽試驗。這5項室內試驗是美國水土保持局提出的基本判別試驗。這5項試驗的判別標準為：①雙比重計試驗：非分散性黏土<30%；過渡性黏土為30%-50%；分散性黏土>50%。②碎塊試驗：分散性黏土在土塊水解后混濁，土很快擴散到整個量杯底部，水呈霧狀，經久不清；過渡性黏土在土塊水解后四周有微量混濁，但擴散范圍??；非分散性黏土無分散出膠粒的反映，土塊水解后在量杯底部以細顆粒狀平堆，水色是清的，或稍混濁后很快又變清。③針孔試驗：非分散性黏土在380～1020 mm水頭下針孔不擴大，水流很清；過渡性黏土在180～380 mm水頭下針孔沖蝕較慢，水流稍混濁；分散性黏土在50 mm水頭下針孔迅速擴大，水流混濁。④交換性鈉質量分數：在710為中等分散性黏土；≥15為高分散性黏土。④孔隙水可溶鹽試驗：對于分散性黏土，若[TDS]>5，則需[SAR]>2.7；若[TDS]>10，則需[SAR]>4.2；若[TDS]>100，則需[SAR]>13。除了這5項基本試驗外，還有旋轉圓筒試驗、鈉量比等試驗。1987年黑龍江省勘測設計研究院曾對南部引嫩工程部位的分散土進行化學全量分析(見表1)，南引分散黏土各項化學成分的數量與蒙脫石較為接近。FeO3數量較高。

表1　南引分散性黏土化學全量分析及對比表

1.3分散性黏土大壩常見處理措施

分散性黏土筑壩必須采取保護性措施，常見的處理措施有：①將大壩包起來，也就是把低溶鹽水與大壩分離開來。常用的隔水材料有非分散性黏土、防滲土工膜、橡皮制品、塑料等。②改造庫水，即將低溶鹽庫水改造為高溶鹽庫水，可定時向水庫中投放鈉鹽和鈣鹽混合物。③改造壩體土質，即把分散性黏土改造為非分散性黏土，通過在土體中摻加生石灰或硫酸鋁等。④壩后堵截，即在壩后設置適當級配的砂反慮，以截住壩體細顆粒，使其流不出壩體。

2存在主要問題

國內分散性黏土研究時間尚短，研究人員不足，國內只有少數院校對其研究，在對其研究過程中也顯現出一些問題。

1)分散性黏土判別需要做5項基本試驗，即雙比重計試驗、針孔試驗、碎塊試驗、交換性鈉質量分數試驗和孔隙水可溶鹽試驗，但往往出現5種試驗結果不相吻合的情況，有些試驗結果判定土體具有分散性，其余試驗結果判定土體具有非分散性。例如新疆西郊水庫大壩心墻土料試驗顯示，僅孔隙水可溶鹽試驗結果顯示土體具有分散性，其余試驗結果顯示土體具有非分散性[3]。馬家樹水庫大壩防滲土料試驗顯示，2號土樣的試驗結果中碎塊試驗、針孔試驗、孔隙水可溶鹽試驗顯示土體具有分散性，其余試驗結果顯示土體具有非分散性[4]。

2)在對分散性黏土大壩的保護措施的研究中，以改進大壩黏土分散性居多，即將分散性黏土改善為非分散性黏土，較多的應用生石灰改進，在分散性黏土中摻入一定比例的生石灰改進黏土分散性。生石灰是一種很好的土體改性劑，通常較低的摻量即能達到土體改性效果。但是較低的摻量給施工帶來了困難，如何使較低摻量的生石灰在大壩土體中分散均勻成為了施工的一個難題。

3結語

分散性黏土的研究方法與判別標準是從大量試驗統(tǒng)計分析得來的，雖然具有一定的合理性，但是往往也存在著相當多的例外情況。針對5種試驗結果不吻合的情況，主要應該從分散性機理方面找原因，進一步加深分散性黏土特性研究，同時應當規(guī)范分散性黏土的判別標準和試驗規(guī)程，使土的分散性判別方法標準化、定量化。

生石灰在摻入量0.25%～0.3%時，就可抑制土體的分散作用。土體分散強度不同，摻入量也會有所不同，對于較低摻量給施工帶來的困難，可以提高摻入量，控制拌合質量來解決。研制出更加經濟、環(huán)保、高效的分散性黏土改性劑是今后的發(fā)展方向。

參考文獻：

[1]王觀平，王來文，閻仰中，等.分散性土與水利工程[M].北京：中國水利水電出版社，1999：26-30.

[2]樊恒輝，高明霞，李鵬，等.某大壩心墻土料分散性試驗研究[J].巖土工程學報，2003,25(05)：615-618.

[3]陳艷明.新疆西郊水庫大壩防滲心墻土料分散性鑒定[J].西北水電，2005(03)：24-28.

[4]樊恒輝，孔令偉，李洪良，等.馬家樹水庫大壩防滲土料分散性判別和改性試驗[J].巖土力學，2010,31(01)：193-199.

中圖分類號：TV223

文獻標識碼：B

[作者簡介]孫家勇(1978-)，男，黑龍江大慶人，助理工程師；周方錄(1972-)，男，黑龍江巴彥人，高級工程師；郭麗名(1976-)，男，黑龍江大慶人，高級工程師。

[收稿日期]2015-09-12

文章編號：1007-7596(2016)01-0077-02