鳳亭河水庫大壩土工物理力學(xué)性能試驗分析

2021-05-06 03:13:00黃小兵

廣西水利水電 2021年2期

熊灣，黃小兵

（廣西壯族自治區(qū)水利科學(xué)研究院廣西水工程材料與結(jié)構(gòu)重點實驗室，南寧 530023）

1 工程概況

鳳亭河水庫位于廣西南寧市良慶區(qū)大塘鎮(zhèn)和上思縣東屏鄉(xiāng)境內(nèi)，建于1958 年，大壩為碾壓式均質(zhì)土壩，總庫容約5.07億m3，是一座以灌溉為主，兼有防洪、發(fā)電、養(yǎng)殖、供水、旅游等綜合功能的大（2）型水庫。水庫庫區(qū)內(nèi)植被良好、無污染源，水質(zhì)較好，是南寧市城市備用飲用水主要供水水源之一。

2 試驗方法

按《土工試驗規(guī)程》（SL237-1999）對鳳亭河水庫大壩45 組原狀土樣進(jìn)行土工試驗，試驗項目包括：含水率、密度、土粒比重、界限含水率、固結(jié)試驗、飽和固結(jié)快剪、三軸固結(jié)不排水剪、三軸固結(jié)不排水剪測孔壓、滲透系數(shù)、顆粒分析試驗。

2.1 含水率試驗

室內(nèi)含水率試驗采用烘干法，溫度控制在105～110οC下烘到恒溫，烘干時間對黏土不少于8 h；進(jìn)行2次平行測定，取其算術(shù)平均值，允許差值應(yīng)符合含水率測定的允許平行差值（見表1），稱量準(zhǔn)確至0.01 g。

表1 含水率測定的允許平行差值 %

2.2 密度試驗

采用環(huán)刀法，計算密度準(zhǔn)確至0.01 g/cm3，本實驗需進(jìn)行2次平行測定，取其平均值，其平行差值不得大于0.03 g/cm3。

2.3 比重試驗

采用比重瓶法，比重瓶（短頸，容積為100 ml），計算至0.001，進(jìn)行2 次平行測定，其平行差值不得大于0.02，取其算術(shù)平均值。同時用溫度計測定瓶的水溫，準(zhǔn)確至0.1℃。

2.4 界限含水率

界限含水率試驗采用液、塑限聯(lián)合測定法，儀器為數(shù)顯式土壤液塑限聯(lián)合測定儀（圓錐質(zhì)量為76 g，錐角為30°，見圖1）；液塑限聯(lián)合測定應(yīng)不少于3點，數(shù)據(jù)處理：以所測得的含水率為橫坐標(biāo)，圓錐下沉入土深度為縱坐標(biāo)，在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上繪制出關(guān)系曲線，3個點應(yīng)在同一直線（見圖2）。從圖2可查得下沉深度為17 mm相對應(yīng)的含水率為液限，查得所對應(yīng)下沉深度為2 mm 的含水率為塑限，用百分?jǐn)?shù)表示，準(zhǔn)確至0.1%。

圖1 數(shù)顯式土壤液塑限聯(lián)合測定儀

圖2 圓錐下沉深度與含水率關(guān)系圖

2.5 固結(jié)試驗

固結(jié)試驗，又稱壓縮試驗，試驗方法有常規(guī)固結(jié)試驗、快速固結(jié)試驗、高壓固結(jié)試驗和連續(xù)加荷試驗，本次試驗采用快速固結(jié)試驗，試樣在各級壓力下的固結(jié)試驗時間為1 h，試驗除在最后一級壓力下記錄1 h的測表讀數(shù)外，待試驗穩(wěn)定后，還應(yīng)記錄壓縮穩(wěn)定時的測表讀數(shù)。穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)為每小時讀數(shù)變化不大于0.005 mm。本試驗儀器采用全自動固結(jié)儀（見圖3）。

圖3 全部自動固結(jié)儀

2.6 三軸壓縮試驗

固結(jié)不排水剪和固結(jié)不排水測孔壓試驗，試樣應(yīng)先在設(shè)定的某一周圍壓力作用下進(jìn)行排水固結(jié)，逐漸增大軸向壓力，然后在保持不排水的情況下，直至破壞，據(jù)此可做出一個極限應(yīng)力圓。儀器采用TSZ-2 全部自動三軸儀（見圖4），不同試驗方法的剪切應(yīng)變速率按表2規(guī)定選擇。

圖4 TSZ-2全部自動三軸儀

表2 剪切應(yīng)變速率表

2.7 滲透試驗

采用變水頭滲透試驗，儀器為TST-55 型滲透儀（見圖5），把以切好的土樣安裝好后，聯(lián)通裝有試樣的滲透容器與水頭裝置，通過利用供水瓶中的水充滿進(jìn)水管，并注入滲透容器內(nèi)（見圖6），在一定水頭的作用下靜置一段時間，等待出水口有水溢出后，開始用秒表計時進(jìn)行試驗測定。

圖5 TST-55型滲透儀

圖6 滲透容器與水頭裝置

2.8 顆粒分析試驗

試驗采用篩析法及密度計法，儀器采用甲種密度計和量筒。甲種密度計：單位刻度以攝氏20℃時每1000 ml 懸液內(nèi)所含土質(zhì)量的克數(shù)表示，顯示刻度為-5～50，分度值為0.5；量筒：量筒高約45 cm，直徑約6 cm，容積1000 ml，刻度為0～1000 ml，分度值10 ml。

3 試驗結(jié)果分析

3.1 顆粒分析

對45 組顆粒分析結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計（見圖7），結(jié)果顯示：碎石含量為0，礫粒為6.9%，砂礫為30.7%，粉粒為31.8%，黏粒為30.5%。大壩為均質(zhì)土壩，45組土樣總體為褐色黏性土，含砂，少部分含風(fēng)化石。

圖7 顆粒分析曲線圖

3.2 滲透試驗系數(shù)

對45組變水頭試驗（垂直方向）數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果表明：滲透系數(shù)范圍基本在10-4～10-6cm/s 之間，深度的變化與滲透系數(shù)關(guān)聯(lián)不大，與含水率關(guān)系較密切，當(dāng)含水率大于20%時滲透系數(shù)大多數(shù)在10-4～10-5cm/s范圍。