土石壩中土石料的物理力學性質(zhì)

1、土石壩中土石料的物理力學性質(zhì)摘要 隨著筑壩技術(shù)的發(fā)展,近代的高土石壩大量地使用了當?shù)氐拇诸w粒土石料(以下簡稱土石料)。鐵路、公路以及一些高層、重型建筑物,目前也遇到了此類材料的問題?！巴潦稀币辉~,一般泛指諸如砂卵石、石料、石碴料、風化料、礫質(zhì)土、冰磺土以至人工摻合土等粗顆粒的土石材料。其最大粒徑一般都超過75(60)毫米而達到600甚至800毫米以上。近年來，由于筑壩技術(shù)的發(fā)展，對筑壩材料的要求已逐漸放寬。土石料中的物理力學性質(zhì)對土石壩的設(shè)計，施工有很大的影響，所以我們要修好土石壩，必須研究清楚土石壩的各種物理力學性質(zhì)。關(guān)鍵字土石料 砂卵石 石碴料 風化料 物理力學性質(zhì) 1 / 15類型土石

2、壩常按壩高、施工方法或筑壩材料分類。土石壩按照壩高分類，土石壩按壩高可分為：低壩、中壩和高壩。我國碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范（SL 274-2001）規(guī)定：高度在30米以下的為低壩；高度在30米70米之間的為中壩；高度超過70米的為高壩。土石壩按其施工方法可分為：碾壓式土石壩；沖填式土石壩；水中填土壩和定向爆破堆石壩等。應用最為廣泛的是碾壓式土石壩。按照土料在壩身內(nèi)的配置和防滲體所用的材料種類，碾壓式土石壩可分為以下幾種主要類型：1）、均質(zhì)壩。壩體斷面不分防滲體和壩殼，基本上是由均一的黏性土料（壤土、砂壤土）筑成。2）、土質(zhì)防滲體分區(qū)壩。即用透水性較大的土料作壩的主體，用透水性極小的黏土作防滲體的壩

3、。包括黏土心墻壩和黏土斜墻壩。防滲體設(shè)在壩體中央的或稍向上游且略為傾斜的稱為黏土心墻壩。防滲體設(shè)在壩體上游部位且傾斜的稱為黏土斜墻壩，是高、中壩中最常用的壩型。3）、非土料防滲體壩。防滲體由瀝青混凝土、鋼筋混凝土或其他人工材料建成的壩。按其位置也可分為心墻壩和面板壩。1 砂卵石：對于渾圓狀顆粒，分為圓礫石、卵石、漂石、礫石土、砂卵石等；對棱角狀顆粒，分為角礫石、碎石、塊石、碎石土等。鵝卵石，取自經(jīng)歷過千萬年前的地殼運動后由古老河床隆起產(chǎn)生的砂石山中，經(jīng)歷著山洪沖擊、流水搬運過程中不斷的擠壓、摩擦。在數(shù)萬年滄桑演變過程中，它們飽經(jīng)浪打水沖的運動，被礫石碰撞磨擦失去了不規(guī)則的棱角，又和泥沙一道被深

4、埋在地下沉默了千百萬年。 主要化學成分是二氧化硅，其次是少量的氧化鐵和微量的錳、銅、鋁、鎂等元素及化合物。它們本身具有不同的色素，如赤紅者為鐵，藍者為銅，紫者為錳，黃色半透明為二氧化硅膠體石髓，翡翠色含綠色礦物等等；由于這些色素離子溶入二氧化硅熱液中的種類和含量不同，因而呈現(xiàn)出濃淡、深淺變化萬千的色彩，使鵝卵石呈現(xiàn)出黑、白、黃、紅、墨綠、青灰等色系。 鵝卵石被廣泛應用于公共建筑、別墅、庭院建筑、鋪設(shè)路面、公園假山、盆景填充材鵝卵石料、園林藝術(shù)和其它高級上層建筑。它既宏揚東方古老的文化，又體現(xiàn)西方古典、優(yōu)雅，返樸歸真的藝術(shù)風格。鵝卵石還為凈水、污水處理、電力、園林等項工程提供了優(yōu)質(zhì)材料。還為陶瓷

5、、精密鑄造、造紙、噴磨、化工、單晶硅、國防等提供原輔材料。2 石料 做建筑、雕刻等材料用的巖石或與巖石相似的物質(zhì)。石料泛指所有的能作為材料的石頭常用石料 1.道路路面建筑用石料制品：高級鋪砌用整齊塊石，路面鋪砌用半整齊塊石，鋪砌用不整齊塊石，錐形塊石。2.橋梁建筑用主要石料制品：片石、塊石、方塊石、粗料石、鑲面石等。3.另用于建筑雕塑方面的，例如石雕，砂巖雕塑采巖藝術(shù)，文化石，砂制品等等，都可以統(tǒng)稱石料。雕塑，主要是針對較大塊的石頭，進行人工雕琢，修飾，甚至上色等等。技術(shù)標準道路與石料生產(chǎn)線中橋梁建筑物，既受到車輛荷載的復雜力系作用，又受到各種復雜的自然因素的惡劣影響，所以，用于修建與橋梁的材

6、料，不僅要具備有一定的力學性能，同時，還要有在惡劣的自然因素的作用下，不產(chǎn)生明顯強度下降的內(nèi)疚性。這就要求道路材料應具備以下幾方面性質(zhì)：力學性質(zhì)力學性質(zhì)是指材料抵抗車輛荷載復雜力系綜合作用的能力。除了通過靜態(tài)的拉、壓、彎、剪等試驗來反映材料的力學性質(zhì)外，還采用磨耗、磨光、沖擊等試驗來反映其性能等。物理性質(zhì)通常通過測定材料的物理常數(shù)，如真密度、毛體積密度、空隙率、含水量等來了解材料的內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)，并且由于物理常數(shù)與力學性能之間有一定得相關(guān)性，可以用來推斷材料的力學性能。影響材料性質(zhì)的主要因素是溫度和濕度。一般材料隨溫度的升高、濕度的加大，則強度降低。因此，測定材料的溫度穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性是某些材料

7、性能的主要指標之一。化學性質(zhì)化學性質(zhì)是材料抵抗各種周圍環(huán)境對其化學作用的性能，道路與橋梁用材料在受到周圍介質(zhì)（如橋墩在工業(yè)污水中）的侵蝕下，會導致強度降低；在受到大氣因素（如氣溫的交替變化，日光中的紫外線，空氣中的氧、水等）的綜合作用，會引起材料的老化，特別是各種有機材料（如瀝青材料等）更為顯著。工藝性質(zhì)石料生產(chǎn)線工藝性質(zhì)是指材料適合于按一定工藝要求加工的性能。例如，水泥混凝土拌合物需要一定的和易性，以便澆筑。石料生產(chǎn)線材料工藝性質(zhì)是通過一定的實驗方法和指標進行控制。3 石碴料的母巖性質(zhì)和級配特性 1石碴料的母巖性質(zhì):筑壩石碴料的料場通常選在壩肩庫區(qū)內(nèi),其母巖主要為古生代的志留紀(S),中生代

8、的三迭紀(T),侏羅紀(J),白坐紀(K)的砂巖、泥巖、灰?guī)r和砂泥巖互層等。影響石碴料滲透性的因素很多，其中直接影響因素是石渣料本身的級配狀態(tài)。本文根據(jù)試驗資料，分別分析了硬巖石渣料、軟巖石渣料級配與滲透性的關(guān)系。得出結(jié)論認為：在采用當?shù)夭牧系膲瘟显O(shè)計中，應以壓實<5mm粒徑的含量作為控制指標；不論硬巖或軟巖石渣，其級配中<5mm粒徑的含量與其滲透性都具有線性關(guān)系。4 風化料 風化料按其顆粒組成可分為風化礫石，風化砂和風化土三類。風化料抗風化的性能 一般風化砂的礦物成分以長石、石英為主。石英對化學風化較為穩(wěn)定。長石進一步風化，導致風化砂變質(zhì)為砂質(zhì)粘土類土，其特性一般是比較好的，如松

9、濤花網(wǎng)風化土即屬于這一類型。板、頁巖風化礫石將不經(jīng)過風化砂的階段直接風化成風化土。臥虎山水庫曾研究了處于三個不同風化階段的頁巖風化料。5 礫質(zhì)土 按水利電力部1962年規(guī)程，礫質(zhì)土是礫粒含量在10%15%之間，且礫粒含量少于砂粒、粉粒或粘粒的礫類土。 施工及使用 礫質(zhì)土有很高的承載力，可以采用中型機械進行碾壓。良好級配情況下可用作土石壩防滲材料。 礫石土土壤顆粒組成中，>2mm的石礫超過1%的土壤，根據(jù)石礫含量分別定為礫質(zhì)土或礫石土。礫質(zhì)土在描述土壤質(zhì)地時，在質(zhì)地名稱前冠以某確立質(zhì)土字樣，如礫質(zhì)砂土、少礫質(zhì)砂土等。少礫質(zhì)土礫石含量15%；中礫質(zhì)土礫石含量510%；多礫質(zhì)土礫石含量1030

10、%。礫石土。當土壤中礫石含量超過30%以上者，按規(guī)定，不再記載細粒部分的名稱，只注明是某礫石土。其分級標準為：礫石含量3050%者為輕礫石土；5070%者為中礫石土；70%以上者為重礫石土。考慮到礫石中所夾細粒部分物質(zhì)情況各異，在生產(chǎn)上反應亦大不一樣，因此，在室內(nèi)測試時，仍將細粒部分的顆粒組成分別進行了測定，在總的質(zhì)地命名時仍命名為某礫石土，但在括號內(nèi)則注明細粒部分的質(zhì)地名稱。如某土壤>2mm的礫石含量為65%，細粒部分的質(zhì)地為壤質(zhì)粘土，最后命名時，則定為中礫石土（壤質(zhì)粘土）等。 土石壩既可依筑壩施工方法分類，也可按土料在壩身內(nèi)的配置劃分類型。(1) 根據(jù)筑壩施工方法可分為碾壓式上石壩、

11、拋填式堆石壩、定向爆破堆石壩。水力沖填壩等。其中應用最廣的是碾壓式上石壩。(2) 按照土料在壩身內(nèi)的配置和防滲體的材料，可分為以下幾種主要類型：1) 均質(zhì)壩。壩身的絕大部分由一種主料筑成，整個剖面起防滲和穩(wěn)定作用。2) 粘土心墻和斜墻壩。用透水性較好的砂石料作壩殼，以防滲性較好的土質(zhì)做防滲體，設(shè)在壩中央或稍向上游傾斜的防滲墻壩稱為心墻壩或斜心墻壩；設(shè)在靠近上游面的防滲墻壩稱為斜墻壩。3) 人工材料心墻或斜墻壩。防滲體由瀝青混凝土、鋼筋混凝土或其他人工材料制成，其余部分用土石料構(gòu)成的壩稱為人工材料心墻或斜墻壩。4) 多種土質(zhì)壩。壩身主要部分由幾種不同的土料所構(gòu)成的壩稱為多種土質(zhì)壩。5) 土石混合

12、壩。將多種土質(zhì)壩的某些部位以石料代替，即成為土石混合壩。為改善壩身應力狀態(tài)，避免裂縫，近代修建的高土石壩常將心墻略向上游傾斜做成斜心墻土石混合壩。 當前土石壩的研究設(shè)計和土石材料的物理力學性質(zhì)認識還不是很全面，要在以后的不斷研究中發(fā)展加強土石壩在水壩中的比重。充分發(fā)揮其優(yōu)點（1）就地取材，節(jié)省鋼材水泥木材等重要建筑材料，從而減少了建壩過程中的遠途運輸。（2）結(jié)構(gòu)簡單，便于維修和加高擴建。（3）壩身是土石散粒體結(jié)構(gòu)，有適應變形的良好性能，因此對地基的要求低。（4）施工技術(shù)簡單，工序少，便于組合機械快速施工。在其壩身一般不能溢流，施工導流不如混凝土壩方便，粘性土料的填筑受氣候條件影響較大等方面加強

13、研究，以達到完善。 參考文獻：1 李瓚，陳飛，鄭建波，等. 特高拱壩樞紐分析與重點問題研究M. 北京：中國電力出版社，2004.2 中國水電工程顧問集團公司.云南瀾滄江小灣水電站樞紐工程蓄水安全鑒定報告（第一階段）R. 北京：中國水電工程顧問集團公司，2008 3 中國水電顧問集團成都勘測設(shè)計研究院.四川省雅礱江錦屏一級水電站拱壩混凝土溫控技術(shù)要求R. 成都：中國水電顧問集團成都勘測設(shè)計研究院，2009.4 中國水電顧問集團成都勘測設(shè)計研究院.四川省雅礱江錦屏一級水電站左岸邊坡安全監(jiān)測與穩(wěn)定性分析報告R. 成都：中國水電顧問集團成都勘測設(shè)計研究院，2009.5 中國水電顧問集團成都勘測設(shè)計研究院. 四川省雅礱江錦