（岩土工程专业论文）高土石坝宽级配砾石土心墙料特性研究及数值模拟.pdf

四川大学硕士学位论文 高土石坝宽级配砾石土心墙料 特性研究及数值模拟 岩土工程专业 硕士研究生乒伟 指导教师徐进剐教授 在土石坝的各种坝型中，土质心墙堆石坝占有很大的比例。近几十年来， 土质心墙堆石坝已逐渐成为世界上高坝建设的主流坝型之一。据2 0 世纪9 0 年 代初统计，世界上已建和在建的坝高2 3 0 m 以上的高坝中，土质心墙堆石坝约占 5 5 5 。国内自2 0 世纪9 0 年代以来，高土质心墙堆石坝的发展速度有所加快。 在土质心墙堆石坝的设计中，起防渗作用的心墙士料的选择与设计至关重要。 作为土石坝防渗体的心墙土料，国内外实践中曾经用过残积土、风成土，冰渍 土、洪积土、古河川沉积及近代河滩沉积土。 砾石土在自然界分布广泛、储量丰富，具有压实性能好、填筑密度大、抗 剪强度高、沉陷变形小、承载力高等工程特性，因此已经在土石坝防渗体中得 到了较为广泛应用。宽级配砾石土是一种粘性粗粒土，是天然土石的混合料， 它通常以5 咖为界被分为粗料和细料两部分，颗粒组成是决定宽级配砾石土工 程特性的主要因素。本文结合水牛家心墙堆石坝，以大量试验数据为依据，对 砾石土的压实性、渗透性以及抗剪强度等方面，作进一步研究。主要的研究内 容有： 1 、详细的阐述了国内外利用砾石土作为心墙料的研究现状： 2 、鉴于现阶段对粗粒土的没有一个统一的命名，本文结合水利部现行 土 工试验规程( s l 2 3 7 1 9 9 9 ) ，并参考相关资料，对现阶段关于粗粒土的命名作 出一些概括； 3 、室内进行系列击实试验，结合相关文献研究宽级配砾石土的压实性能， 墨主鱼墨童望墼壁皇羔：竖黧蛩竺丝里窒墨墼望堡篓 以及影螭砾石的聪实性笼的主要因素；i 尊论不同只含爨对砾磊毒实特搜的 影镌规律。 4 、室内进行大燃的渗透试验，结合褶关文献研究宽级配砾石土的渗透健及 渗透稳定性，以及影响砾石土渗透性及渗透稳定性的主要因素：并进行二维渗 流有限元分析。 5 、室走进行大型兰轴压缩试验，结合梗关文献研究宽缀粼砾石的强度特 经，| 三l 及影旗繇焉土强痉赞瞧魏主要慝豢； 6 、结合试验所得的参数对水牛家土石坝进行平面有限托分析计算，计算模 拟大坝填筑过程，给出了水牛家大坝竣工和正常高蓄水位两种工况的应力应变 结果，并对计算结粜作出了相关的分析。 荚键镉：，叁壤壤稿璞、宽缓琵、繇器、击实渡验、渗逡试验、渗滚、三秘 压缩试验、踅接剪切试验、平藤有限元 2 网川大学硕十学位论文 t h ep r o p e r t i e so fs p r e a d i n gg r a d a t i o ng r a v e l l ys o i la s c o r eo fh ig he a r t hr o c k f il ld a ma n d n u m e r i c a ls i m u l a t i o n m a j o r ：g e o t e c h n i c a le n g i n e e r i n g g r a d u a t es t u d e n ( 5 y a n _ e it u t 。r ：x uj i n a m o n gd if f e r e n tt y p eo fe m b a n k m e n td a m ，t h ee a r t hc o r er o c k - f i 11d a m ( e r c d ) p o s s e s s e dp r o d i g i o u sp r o p o r t i o n i nt h e s el a t t e ry e a r s ，e c r dh a s g r a d u a l l ye v o l v e da so n eo ft r u n ks t r e a mt y p eo fd a mi nt h e w o r l d a c c o r d i n gt ot h es t a t i s t i c sa tt h eb e g i n n i n go fn i n e t i e so f2 0 t hc e n t u r y ， a m o n gt h ec o n s t r u c t e da n db e i n gc o n s t r u c t e dh i g hd a m ，e c r di s i n t h e p r o p o r t i o no f5 5 5 a r o u n dt h e w o r l d s i n c et h en i n e t i e so f 2 0 t hc e n t u r y e c r dh a sd e v e l o p e dal o ti n l a n d w h e nw ed e s i g ne c r d t h em a t e r i a lo f c o r ef o ra n tis e e p a g ei si nt h ee x t r e m ei m p o r t a n t a th o m ea n da b r o a d 。 t h en a t i v es o i l ，t h ee e l j a ns o l l ，t h em o r a i n e ，t h ed i l u v i a ls o l l ，t h e a g e o l dr i v e rs e d i m e n t s a n dt h er e c e n tr i v e rs h o a ls e d i m e n t sw e r e r e s e a r c h e da sm a t e r i a lc o r ef o re c r d g r a v e l l ys o l li sw i d e - r a n g i n gd i s t r i b u t i n gi nn a t u r e t h er e s e r v e r s o fg r a v e l l ys o l li sr i c h a n dt h ee n g i n e e r i n gp r o p e r t i e s ，e t c c o m p a c t i o n p e r f o r m a n c e ，r e c l a m a t i o nd e n s i t y ，s h e a rs t r e n g t h ，l i t t l es u b s i d e n c e ， b e a r i n gc a p a c i t y ，i sg r e a t s og r a v e i i ys o i lh a sb e e nw i d e l yu s e df o r i m p e r v i o u se l e m e n to fe m b a n k m e n td a m t h es p r e a d i n gg r a d a t i o ng r a v e l l y s o i li sak i n d o fc l a y e yc o a r s e g r a i n e ds o l li t sa l s oas o l l - r o c k m i x t u r e s i t so f t e nd i v i d e di n t of i n em a t e r i a la n dc o a r s em a t e r i a lb y t h es a v eo f5 m m a n d t h ed i s t r i b u t e dg r a d a t i o na f f e c t si t sp r o j e c t c h a r a c t e r i s t i c sd i r e c t l y t h ep a p e ri sc o m b i n e dw i t hs h u in i u j i as o l l c o r er o c k f i l ld a m t h ep a p e rs t u d i e dm o r et h ep h y s i c a lp r o p e r t i e so f g r a v e l l y s o i la b o u t c o m p a c t i o np e r f o r m a n c e ，p e r m e a b i l i t y a n d 3 高十石坝宽级配砾石b 凸墙料特性研究及数值模拟 s h e a r s t r e n g t ha n ds oo na c c o r d i n ga sp l e n t yo fe x p e r i m e n t a ld a t a t h e c o n t e n t sa r ed is c u s s e da sf o ll o w s ： 1 e l a b o r a t e dt h ep r e s e n tr e s e a r c hs i t u a t i o na b o u tt h eg r a v e l l ys o l l f o rc o r eo fe m b a n k m e n td a m 2 s e e i n gt h a tt h ec o a r s eg r a i n e ds o i i sh a s d ou n i t i r ee n t i t l e 1 j ei sc o m b i n e dw i t ht h ec u r r e n tc r i t e r i o no fm i n i s t r y o fw a t e rr e s o u r c e s ( ( s l 2 3 7 1 9 9 9 ) ) ，a n d r e f e r e dd a t at og e n e r a l i z et h en a m ea b o u tt h ec o a r s eg r a i n e ds o i l s 3 p e r f o r m e das e r i e so fi n t e r i o rl a r g es c a l ec o m p a c t i o nt e s t c o m b i n e dw i t hr e l a t e dd a t at os t u d yt h ec o m p a c t i o no fs p r e a d i n gg r a d a t i o n g r a v e l l ys o i l a n dt h em a j o rf a c t o r t h ep a p e rd i s c u s s e dt h ef a c t o rt h e d i f f e r e n tc o n t e n to f “a f f e c tt h ec o m p a c t i o np e r f o r m a n c e 4 p e r f o r m e das e r i e so fi n t e r i o rp e n e t r a n tt e s t c o m b i n e dw i t h r e l a t e dd a t at os t u d yt h ep e r m e a b i l i t yo fs p r e a d i n gg r a d a t i o ng r a v e l l y s o i1a n dt h em a j o rf a c t o r 5 p e r f o r m e das e r i e so fi n t e r i o rt r i a x i a lc o m p r e s s i o nt e s t c o m b i n e d w i t hr e l a t e dd a t at os t u d yt h es t r e n g t hp r o p e r t yo fs p r e a d i n gg r a d a t i o n g r a v e l l ys o i la n dt h em a j o rf a c t o r 6 c o m b i n e dw i t hg a i n so fp a r a m e t e r ，t h et w od i m e n s i o nf i n i t ee l e m e n t a n a l y s i sm e t h o dw a su s e df o rt h ec a l c u l a t i o ns i m u l a t e dt h er e c l a m a t i o n p r o c e s so fh u g ed a m t h er e s u l t so fc o m p u t a t i o ns h o wu st h es t r e s sa n d s t r a i nr e s u l to fd a m b a s i n go nt h er e s u l t s ，t h ep a p e rh a da l r e a d yg a v e t h ea n a l y s i sa b o u tt h ec o m p u t a t i o n k e y w o r d s ：s o i lc o r er o c k f i l ld a m ，s p r e a d i n gg r a d a t i o n ，g r a v e l l ys o i l ， p e n e t r a n tt e s t ，t r i a x i a lc o m p r e s s i o nt e s t ，d i r e c t s h e a rt e s t ，t w o d i m e n s i o nf i n i t ee l e m e n ta n a l y s i s 4 四川i 大学颀卜学位论文 1 概论 1 1 论文选题的依据和意义 土石坝是一种最古老的坝型，早在4 1 0 0 年前，巴比伦人民已在幼发拉底河 广为发展灌溉而修建土坝：公元前，印度、埃及以及其他国家也建成一些土坝。 为了防御黄河洪水灾害。早在春秋( 公元前7 7 0 年i j i 4 7 6 年) 以i ； ，中国人民 就己沿黄河两岸修建土提，经过历代扩充加固，至今长已达1 4 9 8 k m ，就其结构 而言，土堤实质上就是土坝。公元前5 9 8 年前5 9 1 年在安徽省寿县修建堤坝 形成安丰塘水库。1 7 1 8 世纪俄国在乌拉尔等地修建2 0 0 多座土坝以满足采矿 及工业用水需要m 在科技飞速发展的今天，土石坝仍然是目前应用较广的一种坝型，其最大 的特点是对材料的适应性，能够根据筑坝材料的特性，设计坝的断面，而且土 石坝对坝基要求，无论是承载力或抗剪强度方面都比混凝土坝低。许多土石坝 都直接建在砂砾甚至土基上，而混凝土坝就难以做到。对坝基要求相对低，是 广泛采用土石坝的又个原因。在地震区，柔性的土石坝体较其它刚性坝体具 更好的适应性。 在土石坝的各种坝型中，土质心墙堆石坝占有很大的比例。近几十年来， 土质心墙堆石坝已逐渐成为世界上高坝建设的主流坝型之一。据2 0 世纪9 0 年 代初统计，世界上已建和在建的坝高2 3 0 m 以上的高坝中，土质心墙堆石坝约占 5 5 5 。国内自2 0 世纪9 0 年代以来，高土质心墙堆石坝的发展速度有所加快。 最近几年，在四川省境内规划的一些大、中型河流的。龙头”水库工程普遍具 有坝高( 大于1 0 0 m ，有的甚至达3 0 0 m 量级) 、河床覆盖层深厚和工程区附近可 获得天然防渗土料等特点，因此土质的心墙堆石坝是这些工程主要研究的坝型 之一。 在土质心墙堆石坝的设计中，起防渗作用的心墙土料的选择与设计至关重 要。目前土质防渗料使用范围较广，从一般粘性土到黄土、坡洪积红粘土、砾 石土和膨胀土等，但是沼泽土，班脱土，地表土，开挖压实困难的干硬粘土， 塑性指数大于1 0 、液限大于4 0 的冲积粘土，冻土等不宜采用。在寒冷地区有 时不得不用冻土，要控制冻土含量不超过l o ，最大冻土块径不大于铺土厚的 1 2 ，冻土含水率不超过塑限含水率。在过去修建的心墙坝的防渗体土料多采用 重粘土o 】，细颗粒含量多。粗颗粒含量少，心墙的粘粒( d 0 0 50 0 5 0 0 0 5 0 0 0 5 ( ) ( )( ) 石央河 心墙堆石坝1 0 51 1 一1 6 5 4 - 5 9 5 3 0 - 3 3 53 6 2 01 5 一1 7 2 碧口心墙七坝1 0 12 05 03 0 升钟心墙坝7 l3 13 23 7 鱼牧山心墙十坝6 75 9 64 52 3 92 1 1 白莲河 心墒堆石坝6 93 7 52 8 43 0 13 3 52 0 5 1 3 毛家村心墙七坝8 0 51 3 - 1 83 1 - 3 25 0 5 64 5 4 82 6 - 2 71 9 - 2 1 拓林心墙土坝 6 2 5 1 0 93 4 45 55 02 92 1 山美心墒七坝7 41 0 6 - 4 41 5 7 4 43 9 6 - 5 4 75 33 12 1 5 邑 籁 隶 i 叮 蹬 强 碟 ilf 。i ，细限 粗5a 1 0 00 2 4 - 0 0 50 0 1 1 0 0 0 2 2 0 05 02 01 052l 0 50 10 0 20 0 0 50 0 0 1 粒径( m m ) 图卜一1国内外防渗料级配范围 随着土力学、测试技术、计算理论和设计方法的进步，特别是近几十年来 大型土石施工机械的发展，大型振动碾碾压等筑坝技术被广泛采用，大大放宽 了对坝址地形、地质条件的要求和就地取材的范围，世界上土石坝有了较快的 发展并取得了良好的经济效果。建坝数量和高度在许多国家中己超过混凝土坝， 前苏联努列克土石坝和罗贡土石坝坝高分别为3 1 0 m 和3 2 5 m 。我国土石坝的建 2 四川大学颂t 。学位论文 设也在进一步发展之中。 作为土石坝防渗体的心墙土料，国内外实践中曾经用过残积土、风成土、 冰渍土、洪积土、古河川沉积及近代河滩沉积土。其颗粒级配直接关系到土料 的抗剪强度、抗渗性能、应力应变以及可塑性等诸多方面特性，至今仍然是选 择筑坝土料的主要特征之一对于土料的粘粒含量，通常要求在2 5 4 0 范围 内选用。同时利用胶粒( 粒径 0 0 0 2 m m ) 含量作为判别土料结构活动性能的一种 指标。此外，以土的颗粒级配的不均匀系数c u ( 乩d ，o ) 来判别土料压实的难易 程度。1 。当c u 在3 0 1 0 0 范围内，易于压实且抗渗性能较好；当c u 低于5 1 0 时，土料难以压实。近年来，应用于土石坝防渗体的土料，其颗粒级配特点已 远远超出上述范围，材料的选择更加广泛，许多国家都十分重视对近坝区土料 尽量加以利用。作为土石坝防渗体的心墙土料最基本的要求是防渗性，渗透系 数不大于1x1 0 c m s 时，一般既可满足要求。作为理想的性质，还希望具有一 定的抗剪强度、有较好的渗流稳定性、有适应坝体变形的塑性、良好的施工性、 低压缩性、不存在影响坝体稳定的膨胀性或收缩性、无过量的可溶盐( 5 ) 和有 机物( 2 ) 含量等。施工性方面，一般要求土料的天然含水率在最优含水率附近， 无影响压实的超径材料，压实后的坝面有较高的承载力，便于施工机械正常作 业。这些性质中，最主要的是土料的防渗性和施工性，当然不存在过量的有机 物和可溶盐等也是必需条件“1 。 砾石土在自然界分布广泛、储量丰富，具有压实性能好、填筑密度大、抗 剪强度高、沉陷变形小、承载力高等工程特性，因此在土石坝防渗体中得到了 广泛应用”1 。国内外工程实践经验表明，高坝采用砾石土作为防渗料已成为发 展趋势，世界上已建和在建的坝高2 0 0 m 以上的高土质心墙堆石坝中，基本上都 以砾石土作为心墙防渗料；国内近年来己开工和设计中的高土质心墙堆石坝也 大多如此，仅在四川省境内就有施工中的瀑布沟、硗碛、水牛家和狮子坪等工 程。国内外高坝采用砾石土做防渗料的实例见表l 2 。 h 盎 i i 苫 8 窘廿 22 袋垃 基譬 ii f 赋鳗 h- 蝈蒜芒 ii o oo 一 l i 璐1 蛭寒 呻 一 一一一一 n 一 n 篓r 董 lilii iii 量嘏 iiii l ii l 翟避：， 2甘 2 d 羹荤薹 iiii 号“ 昌t n 一一 2? ? 器?i f ， 蓍差窑 iiili 鲁= ?岫2 _ _ nc , o d 兰 “苎 一 鬟差g i2 = 2 iii ? 一 c o _ 强名 ii 堪张粤 喜爱拿 哼 童晏 l f田 ? 甘 i ? n 甘n甘 器扣 葚 霪蓁 4姬 篁 i 著 蟹扭 阜 区尊 理器4 萋耋 嗡q ： 足管 州爱 套+2 墨辩 茸 刈 器 m 器 薹蠢 匠 囊普 接氍蠹 缝翌 蛙篷 叁 蟾 龌薷 辍 卷 岔 盘 扣 + 簸 霉 刊 4 磐 卜1 挂 舞舞 到 蜜囊磐蝉 野 。 磐塑磐 。 弹婵 磐磬磐 雍霭在 oo 000 o 0霭 薅 装3 赫 “ 粤俐哑圃 山 露 哩 宙 * * 理崩鲤* 釜翟 | i c珊( 瘿 留毫 c圃审舞j | 1 i ( 球 捌 居 一 嘞 摊 l 蟮 * 嗽 嗽 筠疆斑 啦 粤嫩 牲 繁攥鹫 星发 霉 壅 嵌拦营 野 制卧 眶 塔 掣 世桀薯话 螽 谣军 嚣 拣 帐擀 赡 霖 匿袜荽髯；鉴晕州阻学旺野艇去墨匝nl_臻 藉蜓船豁嗡联宣#蜚窭辨o，+u鳝麓嚣怛群斗恒 卜_ 盎瓮 8 搿廿 函 2 il 一 豢登 妊丑 iiii l 赋翅 q 嘟豁芒 ooo c 毛量 璐蟠g x x 2 x ?7 i 三号岫 x 曲 一 n 2 一一 卜 一一 薹薹 iiiiiii l 鲞翟一 iiiiii 翟鞭o 委辇薹 l i 占。 ?o 三器 一一 三“ il i i - 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- 2 0 0 1 ) 对用于填筑防 渗体的砾石土，p ；含量不易超过5 0 的规定“” 2 、砾石土的渗透性与渗透稳定性。室内进行系列大型渗透试验，测定其渗 透系数。综合分析试验成果，寻找不同p 。含量对砾石土渗透性与渗透稳定性的 影响规律。 3 、砾石土的抗剪强度特性。根据水牛家心墙土石坝的实际工况，采取三轴 压缩试验和大型直剪试验结合，确定用于该工程砾石土的强度参数。大型三轴 压缩试验采取固结排水剪，大型直剪试验采取固结快剪。根据大型三轴的试验 成果，分析不同试验条件对砾石土料强度参数的影响。 4 、砾石土的变形特性。根据大型三轴试验测定的砾石土的e i i 模型八个 参数，结合相关资料取定坝体其它材料的模型参数，进而对水牛家土石坝进行 平面有限元分析计算。通过分析数值模拟结果，了解砾石土心墙土石坝的变形 ( 沉降) 特性及稳定性。 宽级配砾石土在国外高土石坝心墙防渗中应用较为普遍。在我国结合拟建 的诸多水电站土质心墙堆石坝也做了大量研究工作，取得了一些成果，在有些 工程设计中也己采用。进一步掌握砾石土的工程特性，对砾石土作心墙料的各 项物理力学性能作出综合评价，将对当地材料坝的建设与发展起到积极的推动 作用。 本次论文的研究路线框图见图卜2 。 8 四j 1 1 大学硕 学位论文 一一f ：二_ 臣塑丝 l l 一 2 大型击实试验。 l 一一j 一丁 一渗特性 。_ ，l 、 j 丁 水牛家十石坝 i ， i i 心墙砾石1 二卜：一一 强南固 1 厂i ， 掣三塑苎! 匕婴亨辈j ! 竺 i i 一j r 一，一一 l 一墅j 围卜- 2 技术路线框图 9 ，一l ， 。强度参数成果i 章 离十右坝宽级配砾石十心墙科特性研究及数值模拟 1 4 水牛家土石坝工程简介 1 4 1 工程概况 水牛家水电站位于四川省绵阳市平武县境内，涪江上游左岸一级文流火溪 河上。坝址位于白马乡稿史瑙村赖子湾附近，厂址位于王坝楚镇附近，距平武 县城5 4 k m ，距绵阳市1 5 0 k m 、距成都市3 1 7 k r 【i 。电站采用混合开发方式，坝址 处控制流域面积5 7 3 k m 2 ，电站最大引用流量4 0 8 m 3 s ，最大水头2 3 4 7 m ，引水 隧洞长9 5 3 0 m 。总装机容量7 0 m w ，多年平均发电量2 1 1 2 亿k w h 。水库总库 容1 4 亿m 3 ，是火溪河水电站梯级开发的龙头水库工程，调节库容1 0 9 2 亿m 3 ， 具有多年调节性能。拦河大坝采用碎石土心墙堆石坝，正常蓄水位2 2 7 0 m ，最 大坝高1 0 8 m ，坝顶宽l o m ，坝顶长3 1 7 m ，坝体总堆筑量4 8 3 万m 3 。 水牛家水电站为二等工程，心墙堆石坝坝高1 0 8 m 属高土石坝，提高一级按 i 级建筑物设计。本电站工程区地震基本烈度为8 度，心墙堆石坝的地震设计 烈度为8 度。水牛家水电站堆石坝旌工选择断流围堰为全年施工的导流方式， 导流洪水标准为2 0 年一遇，相应流量为1 8 5 i l l z s ，采用隧洞导流。 1 4 2 坝址地形地质条件 坝址位于火溪河水牛沟下游3 0 0 m 处，河谷断面呈不对称v 形。枯水期河水 位2 1 6 8 2 1 7 3 m 时，河水面宽1 2 3 0 m 。正常蓄水位2 2 7 0 m 时，河水面宽约2 5 0 m ， 右岸有高出水面l 3 m 、宽8 2 7 m 的漫滩分布。 由于河道弯曲，左、右两岸均呈现条形山脊地貌，山脊垭口( 鞍部) 高程 分别为2 3 0 2 4 2 2 9 4 5 m 。左岸条形山脊n 4 0 4e 方向展布，正常蓄水位2 2 7 0 m 时，山脊鞍部最小宽度约6 5 m 。右岸山脊由s i o 。e 呈弧形逐步转为$ 2 5 。e ，正 常蓄水位2 2 7 0 l l l 时，鞍部最小宽度约1 2 9 m 。 坝址区河段河谷较狭窄，两岸基岩裸露。左岸河谷坡度4 5 。5 0 。，右岸 河谷坡度3 5 。4 5 。河床覆盖层最深处厚度为2 9 6 m 。基岩为震旦系上统木 座组第五段( z ；) 地层，岩层产状为n 4 0 。6 5 。w l s w 7 5 。9 0 。区内断 层不发育，主要表现为顺层挤压错动带、小断层和裂隙系统。除局部坡脚地带， 表层岩体在卸荷作用下有少量崩坡积倒石堆外，中高程以上坡体及坡顶一带陡 倾砂板岩地层，受岸坡结构和重力作用影响，局部地段存在不同程度的倾倒变 形。 i o 塑型查兰竺兰竺丝苎 河床覆盖层厚1 4 1 8 2 9 6 m 。自下而上( 由老至新) 划分为三层。 ( 1 ) 一层含漂卵砾石( a l 珙) 分布于河床底部基岩面之上，以冲积成因 为主，一般厚度0 7 2 9 8 5 m ，局部缺失。漂卵石成分主要为砂岩、硅质岩和 板岩，卵石含量2 0 3 5 ，砾石4 5 7 0 ，局部漂( 块) 石含量达1 5 左右，砂土含量较少，约占1 0 ，结构紧密。 ( 2 ) 二层含卵( 碎) 砾石土( a l + p l q 0 ) 黄灰黄色，分布于河床中下 部，为冲积和洪积混合成因。厚度较稳定为1 2 4 7 1 8 2 m 。卵砾石成分主要为 板岩、砂岩和硅质岩，卵石含量约占2 0 ，砾石含量3 0 4 0 ，砂土含量 4 0 5 0 ，结构一股较紧密。局部粗颗粒集中分布，具不均一性。 ( 3 ) 三层含漂砂卵砾石( a l 讲) 为河床冲积层，分布于河床袁部、漫滩 与i 级阶地。厚度一般4 5 8 1 m ，最厚1 2 3 2 m 。漂卵石成分以砂岩、硅质岩 为主，其次为板岩、灰岩，卵石含量1 5 2 0 ，砾石含量6 0 7 0 ，砂 1 5 2 0 ，局部细颗粒偏多，结构松散较紧密。 1 4 3 平面布置 水牛家砾石土心墙坝位于水牛沟至赖子沟的河段上，考虑到两岸的山脊单 薄，为充分利用地形，坝轴线方向选择n 1 2 。2 1 4 1 ”e ，两岸坝肩接头部位正 好为两岸峰顶。坝顶长3 1 7 m ，堆石坝河床部位基础为深厚覆盖层，两岸高程 2 2 3 0 m 以上至山脊顶为变质石英砂岩与板岩互层( 或板岩夹砂岩) 。溢洪道、放 空洞及电站引水隧洞进口布置在河床右岸，溢洪道为开敞侧槽式岸边溢洪道。 放空洞布置在右岸山体内，放空洞在大坝施工期兼做导流隧洞，上游围堰与坝 体结合布置见图1 一乳 匾嘣括旧阱嗣靶按脚*聪廿*nl一匦 疆鼙姆耔状軎芒聋窭辨o、斗悼瞎酲辅懈野4扣坦 1 4 4 坝体结构设计 水牛家堆石坝坝顶高程2 2 7 4 m ，最大坝高1 0 8 m ，坝顶宽度l o m ，坝顶总长 3 1 7 m 。上游坝坡在高程2 2 2 9 m 处设5 m 宽马道。马道以上坝坡为l ：2 、以下为l ： 2 2 。上游坝壳在高程2 1 9 3 m 以下与施工围堰结合。下游坝坡坡比为1 ：2 。下 游坝坡在高程2 2 2 4 m 及2 2 1 4 m 各设5 m 宽马道，并在下游坡脚处设1 2 0 m 长的弃 渣压重，其顶高程2 1 9 6 m ，河床部位心墙底部坐落在覆盖层上。心墙上、下游 侧各设反滤层，厚度分别为4 m 和6 m 。反滤层外侧分设过渡层，过渡层的外侧 坡度为1 ：0 2 ，厚度为4 m 。 碎石土心墙顶部厚4 m ，底部厚4 6 8 m ，上下游坡比均为1 ：0 2 。心墙下部 河床覆盖层采用1 2 m 厚混凝土防渗墙全封闭防渗，防渗墙底部嵌入基岩lm 。 防渗墙顶部采用插入式接头，插入心墙深度l o m ，接头外侧周边铺设高塑性粘 土区，粘土区宽5 2 m ，高1 5 m 。在防渗墙下游侧心墙底部设2 m 厚的水平反滤层 与下游反滤层连接并延伸至整个坝基基础。心墙和反滤层与岸坡接触部位的岸 坡表面没0 6 m 厚的混凝土盖板，心墙与盖板连接处铺设水平厚2 m 的高塑性粘 士。心墙部位左岸边坡高程2 2 3 0 m 以下开挖坡度为1 ：0 8 2 ，以上为1 ：】，右 岸边坡高程2 2 3 0 m 以下按1 ：1 1 2 2 ，以上按1 ：1 6 ，其坝体结构见图l 一4 。 ： 匾旧菇蜒霹好蝗野，一匝 心i - 藿 强蜓留轻鲻翟摹挚霉霉鲆o，雌学靛骚怛野雌斗恒 好的防渗 心墙防渗 土料的主要科场，分布高程2 2 0 0 m 2 3 5 0 m ，地形较平缓，料场产地面积1 7 i 万m 3 。土料多为坡洪积的黄色含砾粉质祜土和灰黄色碎石土。表层为厚0 3 0 5 m 的无用层，有用层厚大于4 m ，储量大于6 6 9 万m 。 水牛家的心墙砾石土取自剥离的施工土料场。由于水牛家土石坝，坝高达 1 0 8 m ，属于高土石坝，心墙坝体的填筑需要大量的土料，所以为满足水牛家的 心墙体的填筑，砾石土料主要来上两个土料场，分为水牛家料场和色如家料场， 料场土层多为坡洪积的黄色含砾粘土和灰黄色碎石土。水牛家砾石土料场位于 坝址上游l k m 左岸i i 级基座阶段平台及山坡上，平武至王朗保护区公路从料场 边缘通过，分布高程2 2 0 0 2 3 5 0 m ，地形平缓，地形坡度1 0 。一2 5 4 ，料场中部 发育一冲沟。料场顺河长8 0 0 m ，宽2 0 0 - 3 0 0 m ，产地面积2 1 1 万1 2 。按土层颗 粒组成及成因类型将料场分为a 、b 、c 、d 四区，根据设计要求b 区料用于2 2 0 2 m 高程以下，c 区料用于2 2 0 2 2 2 3 0 m 高程间，2 2 3 0 m 高程以上采用a 、d 两区的 料 考虑到论文是针对宽级配砾石土的的性质作相关的试验及研究，未对水牛 家料场各区的砾石土作全面的试验。故本论文中的试验项目主要针对水牛家料 场的c 区作相关的工作。 1 5 2 试验土样原始级配及主要物理指标 针对水牛家防渗土料场c 区砾石土进行1 5 组试验，取样深度为三个竖坡面 从上到下2 0 3 o m 。试验编号1 # 1 5 # ，对试验成果进行典型曲线统计，统 计编号上包线、平均线、下包线。 根据1 5 组平均统计，分类定名为含砾低液限粘土( c l g ) 。天然含水率1 3 3 ，比重2 6 7 ；颗粒组成中2 0 0 6 0 m 碎石含量2 8 4 ，6 0 2 m 砾石含量2 0 9 0 ，2 0 0 7 5 m m 砂粒含量1 6 6 9 ，小于0 0 7 5 m 粒径颗粒含量5 8 5 7 ，小 于0 0 0 5 m 粘粒含量1 5 7 6 ，小于5 m m 颗粒含量8 1 7 5 。不均匀系数2 5 1 ， 高十百坝宽级配砾石十心墙料特件研究及数值模拟 曲率系数0 5 5 。成果见表1 5 、表l 一6 、图1 5 、图卜6 。 图1 5 水牛家c 区料场颗粒分布范围曲线图 1 0 0 皴 砥，i 尊冀吣+ i l | | l 广- 1 # 奢舯 一溜 哥蔑 一2 # 一3 # * 一4 # 黎7 0* i ：i i | i 滁：i 丫旷姆 l 一5 # ! 一6 # 也 j 奠趴弋飞暂力一 - 卜一7 # 删 ：!l 钿5 0 犯 ：jij il | ：冬。吣叉7 飞7 i 盯 9 # - o 一1 0 # 1 1 # 爨4 0 o l f 计：弋蕊瀚 ： 涌 - 6 1 2 # 繁3 0 f h 0 _ l 2 0u i ：。1 1 l | | | 】 | j | | i 一1 3 # 1 0廿一 | ! j 山“+ i 一1 4 # ! i 一1 5 # 1 0 0 0 1 0 01 01 0 10 0 10 0 0 1 粒径d ( m m ) 图卜- 6 水牛家c 区料场心墙防渗料系列试验颗粒级配组成图 l i 栅 丑 毯。 暑 ! 粼 l 泰 uuuu ； i 搽 颦。 掣“ 副 赣 鑫耄 煎 霸 蒌 到 蝮 霉 踞 主窑 权 掣 型 副聚 篓蕊 霎 堂 笸 g 嚣 塑 一3 。 均 霎s 兰 搴 篓 钿 臣菌 h 。 聪 筮 廿 釜 * 罱 1 一 口产 韶 倒g 翱瓷 牛一 a 一 雾喜 壮如 撒搬 掘搬虹瓤根舡坯趣城艋掘搬 衄 一醢 蒜嵩繇糕 嵩蒜蕞：蒜蒜蒜 糕描嵩 壮巾 # # # # # # # # # # # # # # # 舞 鼎 餐 一骠一 “ 十旧c 。卜oo一 n甘曲 面 露皿 一 一一一一一_上 球妒 2 8 嚣 求也 o 坤 j 日( 柏 “ 求 一 霉 蕾 副 薯 馨 崔 害 鲁 垃 “ 蕃 静蛭。 重睡o 鼍8 兽 啦 一 警li 葛露孛薯葛 霉 嚣斜错 嚣8 骘霸露孳 _ 器髑 蓦蕊 薯 雾蓦 一 零 蓦蓦葛墨 o露f 菪 g 兽 蓦苫 葶 。 拍 。 一 n 古誊 皇 矗鲁 2g 葛 摹。 器舞 卜 葛需 甘 一 ； 一 翟 葛o 。 d 一 _ 占譬 暑 no 一 do 一 占器嚣薯 oo 一一 g 一 兽 露 量 一 镫 芝 墨窑 葛 錾 囊 苎 n “ 硅 一一 曲 繇 善 毒 g骘 嚣 一 卜 o 睡 。 高 器 馨芝蒿骘 点 苎a ；。 。卜_ 晶霉 骘 2 害器甓蓦 蔫8 士 璺oo西卜。6 o。 搴 蓦 8 悄 8 器 考 一 甘 女墨 婪巾 # # # #赴# # #