河床深厚覆盖层工程地质问题与评价

来源:nylw.net 作者:张仲靓 发表于:2015-05-28 11:54  点击:
【关健词】深厚覆盖层 渗透变形 沉降 震动液化
 [摘要]河床深厚覆盖层是水利水电工程建设中经常遇到的主要工程地质问题之一,本文以开都河某电站为例,通过勘察、试验等研究工作,基本查明了坝基河床覆盖层不同岩性组的分布情况及其工程地质特性,并分析了对工程的影响,为大坝设计提供了科学的依据。

       [中图分类号] TV221.2 [文献码] A [文章编号] 1000-405X(2015)-6-55-1
  河床深厚覆盖层是水利水电工程建设中经常遇到的主要工程地质问题之一,开都河某电站河床覆盖层最厚处达49.6m,岩性复杂,地质结构不均匀,以下从五个方面对河床深厚覆盖层的工程地质问题进行分析与评价。
  1河床深槽形态特征
  坝址区河谷呈宽U型,现代河床宽55m,据勘探资料,河谷均存在深厚覆盖层问题,因此坝基深厚覆盖层是工程建设的主要工程地质问题之一,坝基覆盖层深厚,透水性强,为了解坝址河床覆盖层分布形态及深度,布置了钻探及相关的物探试验工作,根据钻孔揭露,河床左岸覆盖层厚度为49.6m,坝址区河床深槽分布于河流左岸。
  2河床覆盖层结构及工程特性
  (1)河床覆盖层的结构
  从勘察试验资料分析,坝基砂卵砾石层未揭露有淤泥质软土层和砂层透镜体,结构总体上较均一,为单一型结构。
  (2)河床覆盖层的工程特性
  颗粒成分及物理力学性质:由试验成果可知,河床砂卵砾石漂石含量约占13.4%,卵石含量约占43.6%;砾石含量18.6%,不均匀系数Cu=220.0,有效粒径平均0.30mm,曲率系数Cc=0.2,属不良级配;其物理力学性质:天然干密度平均值为2.17g/cm3;相对密度平均值0.81,结构密实;室内渗透试验K20=4.6×10-3~2.7×10-2cm/s,属强~中等透水层。
  强度特征:本工程区砂卵砾石层的干密度平均值为2.17g/cm3,据砂砾石的物理力学性质,结合现场试验,确定其抗剪强度φ=34°,c=55kPa。
  承载力及变形参数:根据本工程砂砾石颗粒级配、物理力学性质等,与类似地层的工程类比,以及载荷试验及动力触探试验资料的分析,河床含漂石砂卵砾石层的允许承载力可取0.5~0.6MPa,变形模量可取45~55MPa。
  3河床覆盖层的物探测试成果
  物探采用钻孔单孔法波速测试,分别对河床钻孔进行了纵、横波速测试;采用地震剪切波对河床漫滩及Ⅰ级阶地的砂卵砾石层进行了测试。
  河床砂砾石层单孔法测试的纵波速度 Vp=1522~2191 m/s,局部可达2457 m/s;
  面波点的测试结果表明,河床覆盖层4.39m(d0)以上剪切波速Vs在308.9~464.8m/s,平均值为368m/s,4.39m以下剪切波速Vs为511.5~876.4m/s,16.99m以下1207.8 m/s。
  测试结果显示出覆盖层波速自上而下总体呈递增趋势。
  4河床覆盖层的的渗透变形
  河床覆盖层以粗砾土为主。依据GB50287-2006水利发电工程地质勘察规范来判定其渗透变形。
  根据颗分曲线,各无粘性土均为级配连续土,故粗细颗粒的区分粒径采用:
  df=■
  根据颗分成果得出相应于该粒径的颗粒含量Pc。
  采用以下判别方法:
  流土: Pc≥35;过渡型:25≤ Pc<35;管涌:Pc<25。
  按以上方法判定河床覆盖层渗透变形形式为管涌型。
  故其临界水力比降采用公式:Jcr=2.2×(Gs-1)(1-n)2 ■
  代入公式得Jcr=0.07
  经综合分析,建议河床覆盖层允许水力坡降为0.1~0.2。
  5坝址河床覆盖层主要工程地质问题与评价
  (1)沉降变形问题
  从现有勘察试验资料分析,坝基砂卵砾石层未揭露有淤泥质软土层,未见连续的砂层透镜体,结构总体上较均一,为单一型结构,呈密实状态,结合规范及有关资料的取值经验,河床砂卵砾石层压缩系数取0.03MPa-1,压缩模量取40~50MPa,清除表层后,其承载力可满足当地材料坝建基要求。从压缩性上,河床砂卵砾石层具有结构紧密、压缩性低、压缩模量较大及透水性强的特点,因此,河床砂卵砾石层不存在大的沉降变形问题,故修建土石坝在技术上是可行的。
  (2)渗透及渗透稳定问题
  河床砂卵砾石层颗粒粗大,属强~中等透水层,其可能的渗透变形破坏形式主要为管涌型,其允许水力比降为0.1~0.2,水库蓄水后,在水头差的作用下,存在渗漏和渗透稳定问题,故需采取防渗或满足渗透稳定的处理措施。
  (3)坝基砂卵砾石层振动液化问题
  根据颗分资料,河床砂卵砾石层中粒径大于5mm颗粒含量的质量百分率为83%,相对密度为0.76~0.88,地震波纵波速度Vp=1522~2191m/s。
  根据《水利发电工程地质勘察规范》GB50287-2006录M,对坝基冲积砂砾石地震液化问题初判如下:
  ①冲积砂砾石层粒径小于5mm颗粒含量的质量百分率平均值为17%,小于30%,初判为不液化;
  ②采用相对密度复判法。坝基冲积砂砾石层的相对密度在78%~83%之间,平均为81%,大于工程区地震动峰值加速度0.2g所对应的液化临界相对密度75%,判别为不液化土。
  从以上判别结果可知,坝基冲积砂砾石在8度地震条件不存在液化可能。
  6结语
  河床深厚覆盖层其形成时代、成因、分层和物理力学性质、工程地质条件直接影响工程规模、坝型和工程的造价,本工程通过各种勘察手段初步查明,开都河流域河床砂卵砾石层具有结构紧密、压缩性低、压缩模量较大及透水性强的特点,因此,河床砂卵砾石层不存在大的沉降变形问题,故修建土石坝在技术上是可行的。水库蓄水后,在水头差的作用下,存在渗漏和渗透稳定问题,故需采取防渗或满足渗透稳定的处理措施。坝基冲积砂砾石在8度地震条件不存在液化可能。
  参考文献
  [1](GB50487-2008)水利水电工程地质勘察规范.
  [2]水利水电部水利水电规划设计院主编.水利水电工程地质手册.北京:水利电力出版社,1985.
  [3](SL264-2001)水利水电工程岩石试验规程.北京:中国水利水电出版社.2001.
  [4]陆兆溱等.工程地质学,第二版.北京:中国水利水电出版社,2002.
  [5]谷德振.岩体工程地质学基础.北京:科学出版社,1979.

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