新疆伊犁河水库水电站坝基土壤层序及土壤改良评价

新疆伊犁河水库水电站坝基土壤层序及土壤改良评价

新疆伊普拉水库工程位于iii级地震烈度区。右岸水库基础位于iv级基底的阶梯上。阶梯上沉积的第四系低液限粉土和混合卵石土。本阶段初步查明了该段坝基土的分布范围、物理性质等,并对其震动液化作出了评价。一、更新统洪坡积层从钻孔和探坑揭露情况以及试验成果来看,右岸坝基上部堆积厚7.9～30.8m的第四系全新统洪坡积层,下部为第四系上更新统冲积含细砂低液限粉土及卵石混合土,厚3.5～9m。其中洪坡积层分为3个亚层,分别用(1-1)、(1-2)、(1-3)表示;冲积层分为2个亚层,分别用(2-1)、(2-2)表示。1.含碎屑地层的细砂地层第(1-1)亚层:分布于Ⅱ级阶地表层,层厚1.5～13m,为褐红色含细砂低液限粉土层和含碎石低液限粉土,前者主要分布于阶地前缘～阶地中部,后者主要分布于阶地中部～阶地后缘,由阶地前缘到阶地后缘洪坡积物颗粒由细变粗,碎石含量逐渐增多,层厚逐渐增加。褐红色含细砂低液限粉土层厚1.5～6.9m,颗粒粒径均小于5mm,<0.075mm的颗粒含量为38～78%,<0.005mm的颗粒含量为8～26%,其中<18%的试验样品占样品总数的52.4%。红褐色含碎石低液限粉土层厚10～13m,<5mm的颗粒含量为82.5～95%,<0.075mm的颗粒含量为32～47%,<0.005mm的颗粒含量为6～13%。第(1-2)亚层:位于(1-1)亚层之下,分布于阶地后缘～右岸坡脚附近,宽约180m,为褐红色含碎石低液限粉土和土黄色含细砂低液限粉土互层,该层厚7～9m,埋深9.4～18m。该层颗粒粒径多小于5mm,<0.075mm的颗粒含量为45～61.5%,<0.005mm的颗粒含量为5.5～12.5%。第(1-3)亚层:位于(1-2)亚层之下,分布于右岸坡脚附近,宽约75m,为褐红色含碎石低液限粉土层,性质与(1-1)亚层含碎石低液限粉土层相同,厚4～12.5m。埋深20～22m。2.青灰色质量土壤层第(2-1)亚层:位于洪坡积层之下,为土黄色含细砂低液限粉土层。在阶地前、后缘少见,广泛分布于阶地中间,层厚2～5.3m,埋深2.3～18m,该层颗粒粒径均小于5mm,<0.075mm的颗粒含量为53～78%,<0.005mm的颗粒含量为2～13.5%。第(2-2)亚层:为青灰色卵石混合土,位于(2-1)层之下,埋深3.6～30.25m,厚2～5.5m,最大厚度7.4m。卵石混合土结构密实,<5mm的颗粒含量15.5～29%。二、水库基本地震液化的初步评估依据GB50287-99《水利水电工程地质勘察规范》,右岸坝基各层地震液化判定如下:1.粒径大小的质量百分率对土壤压降的影响土的粒径>5mm颗粒含量的质量百分率≥70%时,可判为不液化。在地震烈度为8度地区,对粒径<5mm颗粒含量质量百分率>30%的土,其中粒径<0.005mm的颗粒含量质量百分率≥18%时,可判为不液化。由上述可知(1-1)亚层大部分土存在液化可能性,(1-2)、(1-3)、(2-1)亚层存在液化可能性,(2-1)亚层不液化。2.上更新统冲洪积物工程含碎石(细砂)低液限粉土层为第四系全新统～上更新统冲洪积物,总厚度为6～34m,该粉土层目前处于地下水位以上,工程运行时,大部分处于饱和状态,据此初判该土层有液化的条件。3.调查问卷的计算当土层的实测剪切波速大于计算的上限剪切波速时,可判为不液化。计算公式如下:式中:Vst—上限剪切波速度(m/s),KH—地面最大水平地震加速度系数,取0.2,Z—土层深度(m),取0～30m,rd—深度折减系数,可按后面公式计算:Z=0～10m,rd=1.0-0.01Z;Z=10～20m,rd=1.1-0.02Z;Z=20～30m,rd=0.9-0.01Z。本次共在8个探井内测得土层不同深度的剪切波速值与采用上述公式计算的结果见表1。从表1可以看出:(1-1)、(1-2)、(1-3)、(2-1)亚层含碎石(细砂)低液限粉土一般都存在震动液化的可能。三、水库基本地震溶液土的再评价1.试验地下水位在当时地面上的深度当深度ds处的饱和粉土校正后的标准贯入击数N63.5值小于液化临界锤击数Ncr值时,可判为液化土,否则不液化。A实测标准贯入锤击数校正计算公式:式中:N′63.5—实测标准贯入锤击数;ds—工程正常运用时,标准贯入点在当时地面下的深度(m);dw—工程正常运用时,地下水位在当时地面下的深度(m),当地面淹没于水面下时,dw取0;ds′—标准贯入试验时,标准贯入点在当时地面下的深度(m);dw/—标准贯入试验时,地下水位在当时地面下的深度(m),当地面淹没于水面下时,dw′取0。B液化判别标准贯入锤击数临界值计算公式:式中:Ncr—液化临界锤击数;N0—液化判别标准贯入锤击数基准值,Ⅷ度区远震取12;ρc—土的粘粒含量质量百分率。根据上式对坝线右岸钻孔中粉土层的液化临界锤击数(Ncr)进行计算,结果见表2,由表2可以看出,(1-1)、(1-2)、(1-3)、(2-1)亚层含碎石(细砂)低液限粉土均存在震动液化的可能性。2.工程应用条件当饱和少粘性土的相对含水量大于或等于0.9或液性指数大于等于0.75时,可判为液化土。相对含水量可按下式计算:式中:Wu—相对含水量(%);Ws—少粘性土的饱和含水量(%);WL—少粘性土的液限含水量(%);根据土的液限、塑限、饱和含水量试验值计算的相对含水量及液性指数见表3。根据上表计算结果,(1-1)、(1-2)、(2-1)亚层粉土相对含水量Wu≥0.9;液性指数IL≥0.75,均存在震动液化的可能性。综合以上初判和复判成果,右岸坝基含碎石低液限粉土和含细砂低液限粉土(即(1-1)、(1-2)、(1-3)、(2-1)层)在饱水状态下均存在震动液化的可能。右岸靠阶地后缘坝基,大部分位于水库回水位线以上0～15m,根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2001,天然地基建筑,当上覆非液化土层厚度和地下水位深度符合下列条件之一时,可不考虑液化影响:式中:du—上覆非液化土层的厚度(m),计算时宜将淤泥和淤泥质土层扣除;dw—地下水位深度(m),宜按设计基准期内年平均最高水位采用,也可按近期内年最高水位采用;db—基础埋置深度(m),不超过2m时应采用2m;d0—液化土特征深度(m),地震烈度为8度时,粉土d0=7m。通过上述计算得知,当水库正常运行时,坝基上覆非液化土层的厚度大于7m或地下水位埋深大于8m时可不考虑液化影响。四、影响确定的变大岩段的层位根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2001,对右岸坝基液化土层的液化指数和液化等级进行了计算;计算公式如下:式中:Ile—液化指数;n—在叛别深度范围内每一个钻孔标准贯入试验点的总数;Ni、Ncr—分别为i点标准贯入锤击数的实测值和临界值,当测值大于临界值时应取临界值的数值;di—i点所代表的土层厚度(m),可采用与标准贯入试验点相邻的上、下两标准贯入试点深度差的一半,但上界不高于地下水位深度,下限不深于液化深度;Wi—i土层单位土层厚度的层位影响权数(单位为m-1)。若判别深度为15m,当该层中点深度不大于5m时应采用10,等于15m时应采用零值,5～15m时应采按线性内插法取值,若判别深度为20m,当该层中点深度不大于5m时应采用10,等于20m时应采用零值,5～20m时应按线性内插法取值,根据上述公式计算结果见表2,液化指数0<Ile≤5,液化等级轻微。即一般地面无喷水冒砂点,仅在地势较低的地方有喷水冒砂点。五、b基础面为上覆非液化土层的槽波地震响应液化的危害主要来自震陷,特别是不均匀震陷;震陷量主要决定于土层的液化程度和上部结构的荷载;根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2001中粉土液化平均震陷量估算方法,对右坝段饱和的含碎石(细砂)低液限粉土计算如下:式中:SE—液化震陷量平均值;液化层为多层时,先按各层次分别计算后再相加;B—基础宽度(m);S0—经验系数,对8度地震取0.15;d1—由地面算起的液化深度(m);d2—由地面算起的上覆非液化土层的深度(m),液化层为持力层时d2=0;p—宽度为B基础底面地震作用效应标准组合的压力(kpa);k—与粉土承载力有关的经验系数,当承载力特征值不大于80kpa时,取0.3当小于300kpa时取0.08,其余可内插取值;ξ—修正系数,直接位于基础下的非液化厚度满足上覆非液化土层厚度du的要求,ξ=0,无非液化层时,ξ=1,中间情况可内查确定。计算结果见下表:根据估算,位于阶地中部到前缘的坝基土液化震陷量在0.76～1.22cm;位于阶地的中部到回水位线附近的坝基土液化震陷量在1.22～7.63cm,回水位附近坝基土震陷量最大;位于阶地后缘的坝基上覆非液化土层厚达7m时,液化震陷量由7.63cm递减至0cm,震陷量由于非液化覆盖层厚度的增加而减少;因此,阶地后缘坝基上覆非液化土层厚度大于7m段可不