土石壩中土石料的物理力學(xué)性質(zhì)

1、土石壩中土石料的物理力學(xué)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(dāng)?shù)氐拇诸w粒土石料(以下簡(jiǎn)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(fēng)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(dá)到600甚至800毫米以上。近年來，由于筑壩技術(shù)的發(fā)展，對(duì)筑壩材料的要求已逐漸放寬。土石料中的物理力學(xué)性質(zhì)對(duì)土石壩的設(shè)計(jì)，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(xué)性質(zhì)。關(guān)鍵字土石料 砂卵石 石碴料 風(fēng)化料 物理力學(xué)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(guó)碾壓式土石壩設(shè)計(jì)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(yīng)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(duì)于渾圓狀顆粒，分為圓礫石、卵石、漂石、礫石土、砂卵石等；對(duì)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(yùn)動(dòng)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(yùn)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(yùn)動(dòng)，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(xué)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(lán)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(yīng)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(jí)上層建筑。它既宏揚(yáng)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(fēng)格。鵝卵石還為凈水、污水處理、電力、園林等項(xiàng)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(guó)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(jí)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(duì)較大塊的石頭，進(jìn)行人工雕琢，修飾，甚至上色等等。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)道路與石料生產(chǎn)線中橋梁建筑物，既受到車輛荷載的復(fù)雜力系作用，又受到各種復(fù)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(xué)性能，同時(shí)，還要有在惡劣的自然因素的作用下，不產(chǎn)生明顯強(qiáng)度下降的內(nèi)疚性。這就要求道路材料應(yīng)具備以下幾方面性質(zhì)：力學(xué)性質(zhì)力學(xué)性質(zhì)是指材料抵抗車輛荷載復(fù)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(yàn)來反映材料的力學(xué)性質(zhì)外，還采用磨耗、磨光、沖擊等試驗(yàn)來反映其性能等。物理性質(zhì)通常通過測(cè)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(xué)性能之間有一定得相關(guān)性，可以用來推斷材料的力學(xué)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(qiáng)度降低。因此，測(cè)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(biāo)之一?；瘜W(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)是材料抵抗各種周圍環(huán)境對(duì)其化學(xué)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(huì)導(dǎo)致強(qiáng)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(huì)引起材料的老化，特別是各種有機(jī)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(shí)驗(yàn)方法和指標(biāo)進(jìn)行控制。3 石碴料的母巖性質(zhì)和級(jí)配特性 1石碴料的母巖性質(zhì):筑壩石碴料的料場(chǎng)通常選在壩肩庫區(qū)內(nèi),其母巖主要為古生代的志留紀(jì)(S),中生代

8、的三迭紀(jì)(T),侏羅紀(jì)(J),白坐紀(jì)(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(jí)配狀態(tài)。本文根據(jù)試驗(yàn)資料，分別分析了硬巖石渣料、軟巖石渣料級(jí)配與滲透性的關(guān)系。得出結(jié)論認(rèn)為：在采用當(dāng)?shù)夭牧系膲瘟显O(shè)計(jì)中，應(yīng)以壓實(shí)<5mm粒徑的含量作為控制指標(biāo)；不論硬巖或軟巖石渣，其級(jí)配中<5mm粒徑的含量與其滲透性都具有線性關(guān)系。4 風(fēng)化料 風(fēng)化料按其顆粒組成可分為風(fēng)化礫石，風(fēng)化砂和風(fēng)化土三類。風(fēng)化料抗風(fēng)化的性能 一般風(fēng)化砂的礦物成分以長(zhǎng)石、石英為主。石英對(duì)化學(xué)風(fēng)化較為穩(wěn)定。長(zhǎng)石進(jìn)一步風(fēng)化，導(dǎo)致風(fēng)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(fēng)化土即屬于這一類型。板、頁巖風(fēng)化礫石將不經(jīng)過風(fēng)化砂的階段直接風(fēng)化成風(fēng)化土。臥虎山水庫曾研究了處于三個(gè)不同風(fēng)化階段的頁巖風(fēng)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(jī)械進(jìn)行碾壓。良好級(jí)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(shí)，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(dāng)土壤中礫石含量超過30%以上者，按規(guī)定，不再記載細(xì)粒部分的名稱，只注明是某礫石土。其分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)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?？紤]到礫石中所夾細(xì)粒部分物質(zhì)情況各異，在生產(chǎn)上反應(yīng)亦大不一樣，因此，在室內(nèi)測(cè)試時(shí)，仍將細(xì)粒部分的顆粒組成分別進(jìn)行了測(cè)定，在總的質(zhì)地命名時(shí)仍命名為某礫石土，但在括號(hào)內(nèi)則注明細(xì)粒部分的質(zhì)地名稱。如某土壤>2mm的礫石含量為65%，細(xì)粒部分的質(zhì)地為壤質(zhì)粘土，最后命名時(shí)，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(yīng)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(gè)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(yīng)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(dāng)前土石壩的研究設(shè)計(jì)和土石材料的物理力學(xué)性質(zhì)認(rèn)識(shí)還不是很全面，要在以后的不斷研究中發(fā)展加強(qiáng)土石壩在水壩中的比重。充分發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)（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(yuǎn)途運(yùn)輸。（2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于維修和加高擴(kuò)建。（3）壩身是土石散粒體結(jié)構(gòu)，有適應(yīng)變形的良好性能，因此對(duì)地基的要求低。（4）施工技術(shù)簡(jiǎn)單，工序少，便于組合機(jī)械快速施工。在其壩身一般不能溢流，施工導(dǎo)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(qiáng)

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