摘要:两岔河水库总库容6483万m3,属中型水库,水库正常蓄水位724.0m,死水位710.0m。工程枢纽由大坝、溢洪道、泄洪洞、灌溉发电洞、5座副坝、坝后电站厂房等永久性建筑物组成。工程等别为Ⅲ等,大坝、溢洪道等主要建筑物为3级。大坝坝型为混凝土面板砂砾石坝,最大坝高42.6m,坝顶长300m,顶宽5.5m,坝顶高程727.10m。副坝均位于水库库区左岸,共5座。
关键词:两岔河副坝;坝土;原生土
1.工程概况
2014年7月17日因持续强降雨,水库3号副坝出现坝坡差异性沉降(蠕变险情)。发展过程为:2014年7月17日17:00,主坝前水位725.24m,水库管理人员巡视时发现3号副坝坝顶发育裂缝,自18:00起裂缝加剧发展,17日23点至18日18点总垂向变形62cm,变形较大(且均匀期)时垂向变形速率为5-6mm/10min、30-36mm/h,总平均变形速率4.1mm/10min。最大水平变形约10cm。险情解除后(库水位约至710m),坝顶出现三条横向沉降缝,分别为:①位于防浪墙前缘(坝顶上游侧),总长约40m,中部近直线(长约22m),两侧向下游弯折,拉裂防浪墙接缝处(错距达10cm),上游侧弯折处为本次最大垂向变形处(下沉量达53cm),总体呈弧形;②位于坝顶中部,总长约25m,上游侧向交裂缝1,下游侧向库外弯折;③位于坝顶下游侧,无明显裂缝,但坝顶库外路肩墙向库外倾斜,倾角约60°。④库外侧坝顶整体上有明显向库外侧鼓凸。
3#副坝下游坝坡在雨水浸泡后,呈泥泞状,人行走较困难(粘鞋),坡面植被有明显倾斜的现象。库外有一出水点,高程为707.8m,出水量约为0.1L/s,库水变化对其流量基本无影响。粉质粘土及粘质砂土斜墙在本次抢险过程中未出现险情,下游坝面出现滑移现象。
2号副坝库水下降至710m后,经检查,发现库内坡中部发育近圆弧形裂缝(由水平状预制块面错动缝连接),弧顶高程为718.2m,上游侧弧最低点高程为714.1m,下游侧弧最低点高程为713.2m,有滑坡迹象。上游侧防浪墙发生错缝,错距约10cm。
副坝其它险情况:所有副坝无排水设施(由于施工与设计不一致而导致的);1#、4#、5#副坝上游坝脚地基土淘刷严重,坝坡较陡(由于施工与设计不一致而导致的)。
2.副坝坝土及原生土土工试验
通过调查,坝土来源于附近山头。
(1)1992年4月及1995年5月省院试验结果
在勘察设计过程,省院于1992年4月(初设阶段)和1995年5月(为技施勘察)分别完成了3组和4组土样的土工试验、土料击实试验及相关物理力学参数试验。相关内容摘自省院试验报告,具体如下:
表11992年4月省院完成建议上坝土料土工试验成果表
试样编号 | 土样描述 | 土粒比重ds | 颗粒组成(mm) | 可塑性 | |||||||||
砂 粒 | 粉 粒 | 粘粒 | 按颗粒组成分类 | 液限 | 塑限 | 塑性指数 | 按塑性指数分类 | ||||||
>0.5 | 0.50~0.25 | 0.25~0.10 | 0.10~0.05 | 0.05~0.005 | <0.005 | WL | Wp | Ip | |||||
% | % | % | % | % | % | % | % | % | |||||
1# | 红色砂土 | 2.65 | 0.27 | 0.79 | 27.34 | 35.5 | 13.1 | 23 | 重壤土 | 砂土 | |||
2# | 红色粘土 | 2.68 | 28 | 35 | 37 | 粉质粘土 | 38.2 | 18.5 | 19.7 | 粘土 | |||
3# | 红色粘土 | 2.74 | 15.5 | 51.5 | 33 | 粉质粘土 | 48.2 | 24.5 | 23.7 | 粘土 |
注:原成果表中按颗粒组成分类的2#、3#试样还有另外一名称为“粉质壤土”,即当时成果表有两个名称即“粉质粘土”及“粉质壤土”。本次依据《土工试验规程》(SD128-84)土的分类图分析认为定名“粉质粘土”名称更合适。
试验依据为《土工试验规程》(SD128-84),试验结论为:从三组土样成果来看,1#土为砂性土,2#、3#土为粉质粘土。
表21995年5月省院完成上坝土料土工试验成果表
试样编号 | 土样描述 | 天然含水率 | 土粒比重ds | 颗粒组成(mm) | 可塑性 | ||||||
砂 粒 | 粉 粒 | 粘粒 | 按颗粒组成分类 | 液限 | 塑限 | 塑性指数 | 按塑性指数分类 | ||||
0.1~0.05 | 0.05~0.005 | <0.005 | WL | Wp | Ip | ||||||
% | % | % | % | % | % | % | |||||
1# | 紫红色粉质粘土 | 24.48 | 2.68 | 47.0 | 33.5 | 19.5 | 中壤土 | 40.2 | 23.8 | 16.4 | 粉质粘土 |
2# | 紫红色粉质粘土 | 20.70 | 2.66 | 52.5 | 28.0 | 19.5 | 中壤土 | 33.0 | 20.6 | 12.4 | 粉质粘土 |
3# | 紫红色粉质粘土 | 21.26 | 2.65 | 56.5 | 25.5 | 18.0 | 中壤土 | 33.1 | 20.4 | 12.7 | 粉质粘土 |
4# | 紫红色粉质粘土 | 28.50 | 2.70 | 24.0 | 43.5 | 32.5 | 粉质粘土 | 46.2 | 26.2 | 20.0 | 粘土 |
通过以上试验成果分析,认为:①原省院第一次3组筛分试验,粒径<0.1mm的颗粒含量全部大于50%,据《土工试验规程》(SD128-84)的颗粒定名方法,3组土料全为细粒土,土名分别为重壤土、粉质粘土、粉质粘土;由于两本规范在0.05~0.1mm与0.05~0.075、0.075~0.1mm粒组之间存在交叉重叠,根据现行规范原定名为重壤土的土料应定名为粘土或砂土,原定名为粉质粘土的土料结合塑性指数分类为粘土;也就是说第一次3组试验土料有2组为粘土、有1组为粘土或砂土。
②省院第二次4组筛分试验,0.1~0.05mm粒组的颗粒有2组大于50%,两组小于50%,按现行规范0.1~0.05mm粒组范围颗粒含量小于50%的土料为粉质粘土和粘土,0.1~0.05mm粒组范围颗粒含量大于50%的土料为由于粒组的交叉重叠的原因可能为粘土、粉质粘土或砂土;也就是说第二次试验4组土料有2组为粘土,还有两组可能为粘土、粉质粘土或砂土。
(2)本次勘察试验
本次勘察在2、3、5#副坝坝土及原生土取土样做土工试验,其中2#副坝坝土取3组试坑样(2组为斜墙土、1组为后坡填筑土),3#副坝坝土取4组试坑样(2组为斜墙土、2组为后坡填筑土),5#副坝坝土取1组试坑样(为斜墙土),在2#、3#副坝外各取1组原生土试坑样,共计9组样。完成了相应的3组试样筛分试验、9组物理力学性质试验、9组渗透系数。试验成成果具体见《2014年9月我院坝土及原生土土工试验成果表》。
经试验检测:斜墙土样室内渗透系数为7.67~9.48×10-6 cm/s <1×10-5 cm/s,干容重为1.53~1.55 g/cm3>1.4 g/cm3(原设计要求);坝后填筑土室内渗透系数为5.27~6.41×10-5cm/s,干容重为1.53 g/cm3;原生土室内渗透系数为6.41×10-5cm/s,干容重为1.52 g/cm3。
抗剪参数:各种土料参数较接近,慢剪(天然含水量状,其饱和度超80%)试验完成了8组,其内摩擦角为19.5~31.3°,凝聚力为11.4~19.5kPa;原生土固结不排水剪完成了1组,其内摩擦角为23.6°,凝聚力为28kPa;饱和慢剪完成了1组,其内摩擦角为28°,凝聚力为7kPa。
压缩试验成果各种土料参数较接近,压缩系数为0.15~0.25MPa-1,压缩模量为7.0~11.6MPa。
含水率、天然容重及比重试验成果各种土料参数较接近,土含水率为23.2~27.3%,天然容重为1.90~1.95g/cm3,比重为2.66~2.68。
3#粘土斜墙土料筛分结果,2组样含量平均值为:>2mm(砾粒以上)为5.53%,2~0.075mm(砂粒)为69.78%,< 0.075mm(细粒)为24.69%,为细粒土质砂。库外原生土(ZK26)取样筛结果为,>2mm(砾粒以上)为22.1%,2~0.075mm(砂粒)为58.08%,< 0.075mm(细粒)为19.87%,为细粒土质砂土。
坝土化学分析试验,在2#、3#副坝库内外坝坡及原生土中取5组作易溶盐及有机质成份分析。经检测:易溶盐含量范围值为0.08~0.64%,平均值为0.288%,皆小于3%(规范标准);有机质含量范围值为0.11~0.14%,平均值为0.122%,皆小于2%(规范的斜墙土标准)。不存在此方面的不良影响。
(3)综述
省院于1992年及1995年完成试验,依据为《土工试验规程》(SD128-84);本次试验及勘察时依据为《土工试验规程》(SL237-1999)。两本规范分类界限有细微差别,土的粒组粒径界限分别为:《土工试验规程》(SD128-84)粗粒组与细粒组分界为0.1mm,砂粒与粉粒分界为0.05mm,0.05~0.1mm粒组为极细粒砂;《土工试验规程》(SL237-1999)粗粒组与细粒组分界及砂粒与粉粒分界皆为0.075mm。规范粒组范围或分类方法互有粒径范围包含。从上述可知该区存在粘土、粉质粘土、砂土共存现象,现坝土料试验结果多为砂土,鉴于该区料源土的特殊性,认为坝土还存在粘土、粉质粘土等组分,所以其物理力学性质应为综合性质。
3.结语
经坝土及原生土土工试验分析,认为坝土有细粒质砂、粉质粘土、粘土等组分。抢险过程中填筑坝土取自3#副坝库外左侧山脊土,与坝土一致。
参考文献
[1]彭土标,袁建新,王惠明.水力发电工程地质手册[M].北京:中国水利水电出版社,2011.
[2]SL 237-1999 土工试验规程[S].北京:中国水利水电出版社,1999.
作者简介:1.袁飞(1988.11-),男,汉族,贵州凯里人,本科学历,工程师,主要从事工作:水利水电工程地质勘察设计。2.杨洋(1989.01-),男,苗族,贵州凯里人,本科学历,工程师,主要从事工作:水利水电工程地质勘察设计。