1· 坝体结构特征
漳泽水库大坝为均质碾压土坝,坝体上、下游坝坡及坝顶均采用混凝土预制块护坡,大坝在1960 年竣工时坝顶高程为905.0 m。1989 年改扩建时坝顶高程加至现在高程910 m。两次所取土料均为坝址浊漳河南源两岸第四系中更新统洪积低液限黏土及第四系上更新统洪冲积低液限黏土。坝体土以低液限黏土为主,呈浅红、褐红、紫红色,局部夹有低液限粉土和钙质结核。低液限粉土呈黄褐色,呈无规律分布;钙质结核粒径一般2~8 cm。坝体土最大厚度23 m。浸润线以上土体呈可塑—坚硬状态,浸润线以下土体呈软塑—可塑状态。
2 ·大坝填筑土物理力学性质指标
由于受坝体浸润水面的影响,本次试验所用原状土样采用了竖井取样与钻孔取样。浸润线以上土样主要取自竖井,浸润线以下土样主要取自钻孔。由于该坝较长(约2.5 km),为了更好地对其进行分析评价,故对坝体土物理力学试验资料分主坝段新坝体土、主坝段旧坝体土、副坝段新坝体土、副坝段旧坝体土分别进行统计分析。
2.1 主坝段新坝体土物理力学指标
漳泽水库主坝段新坝体土主要为低液限黏土,其天然含水率22.3%~27.5%,平均值24.4%,饱和含水率26.3%~30.6%,平均值28.9%,天然密度1.81~2.07 g/cm3,平均值1.92 g/cm3,干密度1.45~1.69 g/cm3,平均值1.54 g/cm3,孔隙比0.601~0.872,饱和度75.1%~100%,含黏量平均值24.6%,液限29.6%~46.2%,塑限17.5%~23.4%,塑性指数12.1~22.8,液性指数-0.11~0.40,天然压缩系数0.18~0.66 MPa-1,具中等—高压缩性,饱和压缩系数0.19~0.48 MPa-1,饱和压缩模量为3.90~9.00 MPa,水平渗透系数2.67×10-7~4.06×10-6 cm/s,垂直渗透系数1.21×10-6 cm/s。修正后标贯击数为5.8~13.1 击。
2.2 主坝段旧坝体土物理力学指标
主坝段旧坝体土主要为低液限黏土,其天然含水率19.7%~25.8%,平均值23.1%,饱和含水率20.6%~30.1%,平均值25.4%,天然密度1.89~2.15 g/cm3,平均值2.01 g/cm3,干密度1.53~1.68 g/cm3,平均值1.62 g/cm3,孔隙比0.514~0.772,饱和度82.8%~100%,含黏量平均值20.8%,液限26.8%~44.7%,塑限16.7%~23.7%,塑性指数10.1~21.9,液性指数-0.27~0.63,天然压缩系数0.19~0.84 MPa-1,具中等—高压缩性,饱和压缩系数0.13~0.44 MPa-1,饱和压缩模量3.70~11.60 MPa,水平渗透系数1.04×10-7~4.12×10-5 cm/s,垂直渗透系数1.11×10-7~6.36×10-6 cm/s,修正后标贯击数为2.7~16.7 击。
2.3 副坝段新坝体土物理力学指标
副坝段新坝体土主要为低液限黏土,其天然含水率18.8%~27.4%,平均值24.0%,饱和含水率20.9%~33.3%,天然密度1.88~2.08 g/cm3,平均值1.97 g/cm3,干密度1.5~1.73 g/cm3,平均值1.59 g/cm3,孔隙比0.577~0.828,饱和度76.5%~99.1%, 液限30.9%~46.4%,塑限18.6%~24.6%,塑性指数12.1~23.8,液性指数-0.19~0.46,天然压缩系数0.18~0.86 MPa-1,具中等—高压缩性,饱和压缩系数0.10~0.46 MPa-1,饱和压缩模量3.90~18.20 MPa,水平渗透系数6.21×10-9~7.24×10-5 cm/s,垂直渗透系数2.15×10-8~5.11×10-6 cm/s,修正后标贯击数为5.8~16.2 击。
2.4 副坝段旧坝体土物理力学指标
副坝段旧坝体填土主要为低液限黏土,其天然含水率20.7%~28.1%,平均值24.3%,饱和含水率17.2%~32.5%,平均值26.0%,天然密度1.80~2.30 g/cm3,平均值2.00 g/cm3,干密度1.46~1.70 g/cm3,平均值1.59 g/cm3,孔隙比0.493~0.870,饱和度73.1%~100%,含黏量平均值20.5%,液限31.2%~44.3%,塑限18.9%~23.7%,塑性指数12.2~22.2,液性指数0.03~0.38,天然压缩系数0.33~0.77 MPa-1,具中等—高压缩性,饱和压缩系数0.28~0.77MPa-1,饱和压缩模量2.40~5.70MPa,水平渗透系数5.39×10-8~1.53×10-5 cm/s,垂直渗透系数1.15×10-7~8.78×10-7 cm/s,修正后标贯击数为7.5~15.9 击。
2.5 主、副坝段坝体土三轴试验参数统计分析
按设计要求对坝体土三轴试验参数分主坝段和副坝段分别进行统计。具体方法是各级最小主应力对应的最大主应力取小值平均值;有效最大主应力和最小主应力取平均值,然后重新画摩尔应力圆和强度包线进行取值,主坝段凝聚力38.33 kPa、内摩擦角16.12°、有效凝聚力28.64 kPa、有效内摩擦角19.05°;副坝段凝聚力24.96 kPa、内摩擦角21.28°、有效凝聚力19.77 kPa、有效内摩擦角24.96°。
考虑到所取原状样有限,建议主坝段坝体土抗剪强度:凝聚力38.33 kPa、内摩擦角16.12°、有效凝聚力28.64 kPa、有效内摩擦角19.05°;副坝段凝聚力24.96 kPa、内摩擦角17°、有效凝聚力19.77 kPa、有效内摩擦角20°。
3 ·大坝填筑土质量评价
3.1 大坝填筑土质量
从现场勘察情况和室内土工试验资料统计分析,主坝段新坝体土干密度1.45~1.69 g/cm3,平均值为1.54 g/cm3,下部总体好于上部,局部夹有密实度相对较低的低液限黏土层。主坝段旧坝体土干密度1.53~1.68 g/cm3,平均值为1.62 g/cm3,一般在1.60 g/cm3 左右,相对较均匀,坝体土质量相对较好,总体上分析,主坝段旧坝体土质量好于新坝体。
副坝段新坝体土干密度1.50~1.73 g/cm3,平均值为1.59 g/cm3,干密度在1.55 g/cm3 左右,干密度不均匀且不规律。副坝段旧坝体土干密度1.46~1.70 g/cm3,平均值为1.59 g/cm3,且下部较上部密实,局部夹有密实度较低的低液限粉土,总体上分析,副坝段旧坝体土质量好于新坝体。
3.2 坝体土液化评价
工程区地震基本烈度为Ⅶ度,坝体填筑土主要为低液限黏土,其中主坝段新坝体土黏粒小于0.005 mm的含量为20.1%~33.6%,平均为24.6%;主坝段旧坝体土黏粒小于0.005 mm 的含量为9.7%~33.6%,平均为20.8%;副坝段新坝体土黏粒小于0.005 mm 的含量为21.7%~35.4%,平均为26.6%;副坝段旧坝体土黏粒小于0.005 mm 的含量为13.9%~25.2%,平均为20.5%。据《水利水电工程地质勘察规范》,其黏粒含量均大于16%,故大坝填筑土整体可判别为不液化土。
3.3 坝体土渗漏评价
大坝填土取自两岸第四系中更新统低液限黏土,由统计资料可知,其中主坝段新坝体土水平渗透系数2.67×10-7~4.06×10-6 cm/s,平均值1.54×10-6 cm/s,垂直渗透系数1.21×10-6 cm/s;主坝段旧坝体土水平渗透系数1.04×10-7~4.12×10-5 cm/s,平均值8.36×10-6 cm/s,垂直渗透系数1.11×10-7~6.36×10-6 cm/s,平均值2.89×10-6 cm/s;副坝段新坝体土水平渗透系数6.21×10-9~7.24×10-5 cm/s,平均值1.53×10-5 cm/s,垂直渗透系数2.15×10-8~5.11×10-6 cm/s,平均值1.13×10-6 cm/s;副坝段旧坝体土水平渗透系数5.39×10-8~1.53×10-5 cm/s,平均值2.19×10-6 cm/s;垂直渗透系数1.15×10-7~8.78×10-7 cm/s,平均值3.68×10-7 cm/s。由上述数据可以看出,主、副坝段新旧坝体渗透系数均小于1×10-5 cm/s,故渗透性满足均质土坝要求。
综上分析,大坝填筑土主坝段新坝体干密度为1.45~1.69 g/cm3,局部存在密实度较差的部位,旧坝体干密度1.53~1.68 g/cm3,填筑质量相对较好;副坝段新坝体干密度1.50~1.73 g/cm3,不均匀且局部存在密实度较差的部位,旧坝体干密度1.46~1.70 g/cm3,局部存在密实度较差的部位。但旧坝体的填筑质量相对好于新坝体。坝体土局部存在黏粒含量低于16%的区域,即局部存在可能液化土;坝体土整体渗透性小,满足设计要求。
4 ·结语
漳泽水库坝体填筑土主要为低液限黏土,局部夹低液限粉土,主副坝段旧坝体土质量均好于新坝体。坝体下部填筑土密实程度较上部高,坝下游坡土体密度较小,具有高压缩性。大坝主河床段曾出现过裂缝、流土等工程地质问题,但经过截水槽和高压喷射板墙等工程处理,现已不存在不利影响。
漳泽水库大坝为均质碾压土坝,坝体上、下游坝坡及坝顶均采用混凝土预制块护坡,大坝在1960 年竣工时坝顶高程为905.0 m。1989 年改扩建时坝顶高程加至现在高程910 m。两次所取土料均为坝址浊漳河南源两岸第四系中更新统洪积低液限黏土及第四系上更新统洪冲积低液限黏土。坝体土以低液限黏土为主,呈浅红、褐红、紫红色,局部夹有低液限粉土和钙质结核。低液限粉土呈黄褐色,呈无规律分布;钙质结核粒径一般2~8 cm。坝体土最大厚度23 m。浸润线以上土体呈可塑—坚硬状态,浸润线以下土体呈软塑—可塑状态。
2 ·大坝填筑土物理力学性质指标
由于受坝体浸润水面的影响,本次试验所用原状土样采用了竖井取样与钻孔取样。浸润线以上土样主要取自竖井,浸润线以下土样主要取自钻孔。由于该坝较长(约2.5 km),为了更好地对其进行分析评价,故对坝体土物理力学试验资料分主坝段新坝体土、主坝段旧坝体土、副坝段新坝体土、副坝段旧坝体土分别进行统计分析。
2.1 主坝段新坝体土物理力学指标
漳泽水库主坝段新坝体土主要为低液限黏土,其天然含水率22.3%~27.5%,平均值24.4%,饱和含水率26.3%~30.6%,平均值28.9%,天然密度1.81~2.07 g/cm3,平均值1.92 g/cm3,干密度1.45~1.69 g/cm3,平均值1.54 g/cm3,孔隙比0.601~0.872,饱和度75.1%~100%,含黏量平均值24.6%,液限29.6%~46.2%,塑限17.5%~23.4%,塑性指数12.1~22.8,液性指数-0.11~0.40,天然压缩系数0.18~0.66 MPa-1,具中等—高压缩性,饱和压缩系数0.19~0.48 MPa-1,饱和压缩模量为3.90~9.00 MPa,水平渗透系数2.67×10-7~4.06×10-6 cm/s,垂直渗透系数1.21×10-6 cm/s。修正后标贯击数为5.8~13.1 击。
2.2 主坝段旧坝体土物理力学指标
主坝段旧坝体土主要为低液限黏土,其天然含水率19.7%~25.8%,平均值23.1%,饱和含水率20.6%~30.1%,平均值25.4%,天然密度1.89~2.15 g/cm3,平均值2.01 g/cm3,干密度1.53~1.68 g/cm3,平均值1.62 g/cm3,孔隙比0.514~0.772,饱和度82.8%~100%,含黏量平均值20.8%,液限26.8%~44.7%,塑限16.7%~23.7%,塑性指数10.1~21.9,液性指数-0.27~0.63,天然压缩系数0.19~0.84 MPa-1,具中等—高压缩性,饱和压缩系数0.13~0.44 MPa-1,饱和压缩模量3.70~11.60 MPa,水平渗透系数1.04×10-7~4.12×10-5 cm/s,垂直渗透系数1.11×10-7~6.36×10-6 cm/s,修正后标贯击数为2.7~16.7 击。
2.3 副坝段新坝体土物理力学指标
副坝段新坝体土主要为低液限黏土,其天然含水率18.8%~27.4%,平均值24.0%,饱和含水率20.9%~33.3%,天然密度1.88~2.08 g/cm3,平均值1.97 g/cm3,干密度1.5~1.73 g/cm3,平均值1.59 g/cm3,孔隙比0.577~0.828,饱和度76.5%~99.1%, 液限30.9%~46.4%,塑限18.6%~24.6%,塑性指数12.1~23.8,液性指数-0.19~0.46,天然压缩系数0.18~0.86 MPa-1,具中等—高压缩性,饱和压缩系数0.10~0.46 MPa-1,饱和压缩模量3.90~18.20 MPa,水平渗透系数6.21×10-9~7.24×10-5 cm/s,垂直渗透系数2.15×10-8~5.11×10-6 cm/s,修正后标贯击数为5.8~16.2 击。
2.4 副坝段旧坝体土物理力学指标
副坝段旧坝体填土主要为低液限黏土,其天然含水率20.7%~28.1%,平均值24.3%,饱和含水率17.2%~32.5%,平均值26.0%,天然密度1.80~2.30 g/cm3,平均值2.00 g/cm3,干密度1.46~1.70 g/cm3,平均值1.59 g/cm3,孔隙比0.493~0.870,饱和度73.1%~100%,含黏量平均值20.5%,液限31.2%~44.3%,塑限18.9%~23.7%,塑性指数12.2~22.2,液性指数0.03~0.38,天然压缩系数0.33~0.77 MPa-1,具中等—高压缩性,饱和压缩系数0.28~0.77MPa-1,饱和压缩模量2.40~5.70MPa,水平渗透系数5.39×10-8~1.53×10-5 cm/s,垂直渗透系数1.15×10-7~8.78×10-7 cm/s,修正后标贯击数为7.5~15.9 击。
2.5 主、副坝段坝体土三轴试验参数统计分析
按设计要求对坝体土三轴试验参数分主坝段和副坝段分别进行统计。具体方法是各级最小主应力对应的最大主应力取小值平均值;有效最大主应力和最小主应力取平均值,然后重新画摩尔应力圆和强度包线进行取值,主坝段凝聚力38.33 kPa、内摩擦角16.12°、有效凝聚力28.64 kPa、有效内摩擦角19.05°;副坝段凝聚力24.96 kPa、内摩擦角21.28°、有效凝聚力19.77 kPa、有效内摩擦角24.96°。
考虑到所取原状样有限,建议主坝段坝体土抗剪强度:凝聚力38.33 kPa、内摩擦角16.12°、有效凝聚力28.64 kPa、有效内摩擦角19.05°;副坝段凝聚力24.96 kPa、内摩擦角17°、有效凝聚力19.77 kPa、有效内摩擦角20°。
3 ·大坝填筑土质量评价
3.1 大坝填筑土质量
从现场勘察情况和室内土工试验资料统计分析,主坝段新坝体土干密度1.45~1.69 g/cm3,平均值为1.54 g/cm3,下部总体好于上部,局部夹有密实度相对较低的低液限黏土层。主坝段旧坝体土干密度1.53~1.68 g/cm3,平均值为1.62 g/cm3,一般在1.60 g/cm3 左右,相对较均匀,坝体土质量相对较好,总体上分析,主坝段旧坝体土质量好于新坝体。
副坝段新坝体土干密度1.50~1.73 g/cm3,平均值为1.59 g/cm3,干密度在1.55 g/cm3 左右,干密度不均匀且不规律。副坝段旧坝体土干密度1.46~1.70 g/cm3,平均值为1.59 g/cm3,且下部较上部密实,局部夹有密实度较低的低液限粉土,总体上分析,副坝段旧坝体土质量好于新坝体。
3.2 坝体土液化评价
工程区地震基本烈度为Ⅶ度,坝体填筑土主要为低液限黏土,其中主坝段新坝体土黏粒小于0.005 mm的含量为20.1%~33.6%,平均为24.6%;主坝段旧坝体土黏粒小于0.005 mm 的含量为9.7%~33.6%,平均为20.8%;副坝段新坝体土黏粒小于0.005 mm 的含量为21.7%~35.4%,平均为26.6%;副坝段旧坝体土黏粒小于0.005 mm 的含量为13.9%~25.2%,平均为20.5%。据《水利水电工程地质勘察规范》,其黏粒含量均大于16%,故大坝填筑土整体可判别为不液化土。
3.3 坝体土渗漏评价
大坝填土取自两岸第四系中更新统低液限黏土,由统计资料可知,其中主坝段新坝体土水平渗透系数2.67×10-7~4.06×10-6 cm/s,平均值1.54×10-6 cm/s,垂直渗透系数1.21×10-6 cm/s;主坝段旧坝体土水平渗透系数1.04×10-7~4.12×10-5 cm/s,平均值8.36×10-6 cm/s,垂直渗透系数1.11×10-7~6.36×10-6 cm/s,平均值2.89×10-6 cm/s;副坝段新坝体土水平渗透系数6.21×10-9~7.24×10-5 cm/s,平均值1.53×10-5 cm/s,垂直渗透系数2.15×10-8~5.11×10-6 cm/s,平均值1.13×10-6 cm/s;副坝段旧坝体土水平渗透系数5.39×10-8~1.53×10-5 cm/s,平均值2.19×10-6 cm/s;垂直渗透系数1.15×10-7~8.78×10-7 cm/s,平均值3.68×10-7 cm/s。由上述数据可以看出,主、副坝段新旧坝体渗透系数均小于1×10-5 cm/s,故渗透性满足均质土坝要求。
综上分析,大坝填筑土主坝段新坝体干密度为1.45~1.69 g/cm3,局部存在密实度较差的部位,旧坝体干密度1.53~1.68 g/cm3,填筑质量相对较好;副坝段新坝体干密度1.50~1.73 g/cm3,不均匀且局部存在密实度较差的部位,旧坝体干密度1.46~1.70 g/cm3,局部存在密实度较差的部位。但旧坝体的填筑质量相对好于新坝体。坝体土局部存在黏粒含量低于16%的区域,即局部存在可能液化土;坝体土整体渗透性小,满足设计要求。
4 ·结语
漳泽水库坝体填筑土主要为低液限黏土,局部夹低液限粉土,主副坝段旧坝体土质量均好于新坝体。坝体下部填筑土密实程度较上部高,坝下游坡土体密度较小,具有高压缩性。大坝主河床段曾出现过裂缝、流土等工程地质问题,但经过截水槽和高压喷射板墙等工程处理,现已不存在不利影响。