覆盖层现场及室内物理力学参数研究201531744145.pdf

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1、 深厚覆盖层建高土石坝基础处理关键技术研究 子题 2:覆盖层现场及室内物理力学参数研究 中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司 2015 年 3 月 完成单位：中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司 项 目 负 责 人：叶发明 子 题 负 责 人：王建洪 李小泉 审 批：叶发明 审 查：张伯骥 李小泉 校 核：李 建 李建国 李小泉 项目主要完成人：李建国 李 建 罗 欣 徐 亮 杨凌云 杨玉娟 阮文兰 葛明明 罗启讯 鲁 涛 甘 霖 李小泉 II 目 录 3 1 概述 1.1 项目背景及意义（李小泉）深厚覆盖层是指厚度大于 30m，经过各种地质作用而堆积在基岩上的松散堆积物，覆盖层广泛分布于

2、世界各地的河床中，是一个具有区域性的普遍现象，国内外已有诸多在河床深厚覆盖层上建高土石坝实践经验（如表 1.1-12）。国外在覆盖层上建高土石坝工程实例 表 1.1-1 工程名称 所在国家 建成 年份 坝型 坝高（m）坝基土层性质 覆盖层 最大厚度 塔贝拉 巴基斯坦 1975 土质斜心墙堆石坝 147 砂砾石 230m 阿斯旺 埃及 1967 土质斜心墙堆石坝 122 砂砾石 250 m 马尼克 3 号坝 加拿大 1968 黏土心墙堆石坝 107 砂砾石 126m 马特马克 瑞士 1959 土质斜心墙堆石坝 115 砂砾石 100m 谢尔庞松 法国 1966 心墙堆石坝 122 砂砾石 120

3、m 下峡口 加拿大 1971 心墙堆石坝 123.5 砂砾石 82m 佐科罗 意大利 1965 沥青斜墙土石坝 117 砂砾石 100m 圣塔扬娜 智力 1995 面板砂砾石坝 113 砂砾石 30m 洛斯卡拉科莱 阿根廷 在建 面板堆石坝 130 砂砾石 25m*数据引自利用覆盖层建坝的实践与发展 国内在覆盖层上建高土石坝工程实例（是否分离已、待且合并 1.3.1的表）表 1.1-2 工程名称 所属省份 建成 年份 坝型 坝高（m）坝基土层性质 覆盖层 最大厚度 碧口 甘肃 1977 心墙土石坝 102 砂砾石 40m 小浪底 河南-斜心墙堆石坝 160 砂砾石 80m 瀑布沟 四川 200

4、9 砾石土心墙堆石坝 186 砂砾石 75m 跷磧 四川 2006 砾石土心墙堆石坝 125.5 砂砾石 72m 察汗乌苏 新疆 2008 面板堆石坝 110 砂卵砾石 40m 长河坝 四川 在建 砾石土心墙堆石坝 240 砂砾石 70m 猴子岩 四川 在建 混凝土面板堆石坝 223.5 砂砾石 85.5m 黄金坪 四川 在建 沥青心墙堆石坝 95.5 砂砾石 130m 狮子坪 四川 在建 双江口 四川 待建 砾石土心墙堆石坝 314 砂砾石 67.8m 金川 四川 待建 混凝土面板堆石坝 111.5 砂砾石 80m 冶勒 M 工程 西藏 待建 土质心墙堆石坝 150-500m 西南、西藏地区

5、大部分河流河床中普遍存在深厚覆盖层，厚度一般数十米到百余米，局部河段能达到几百米，尤其是在大渡河、岷江、金沙江、雅砻臧布江上，由于河谷深切造成的上覆深厚覆盖层现象更为显著。根据河流综合规划及水电开发规划，我国西南、4 西藏地区诸河还将建设一批调节性能好的高坝大库工程（如表 1.1-1）。这些高坝大库工程不可避免的遇到深厚覆盖层地基问题。深厚覆盖层的物理力学特性，如成因、层次、级配、密实度、渗透系数、允许渗透坡降和承载力、抗剪强度、变形模量、应力应变参数、砂层是否液化等因素直接影响大坝稳定、变形，直接关系到能否对河床深厚覆盖层的合理利用与工程处理，因而成为高土石坝坝基处理的关键技术问题之一。然而

6、，在工程勘测设计阶段，受勘测手段和条件的限制，通常在浅部取样或钻孔取样，获得相应物理力学性指标，但对于覆盖层深部土样是否具有代表性，如何获取设计、地质所需级配组成、密实度、强度、变形和渗透等指标，往往只能参考或对比，难以作出合理的判定。对于深部含漂卵砾石砂层，采用钻孔取样，受机具和取样技术限制，难以获取直观反映地质条件的样品，且还受地下水等条件影响，尤其对密实度、力学等指标难以获取，而密实度又是对力学性能判定的关键指标，所以钻孔取砂砾石或无黏性砂样难以较准确确定深厚覆盖层的密实度，即便进行深部旁压试验，受钻孔和超径、地下水影响，其指标仍有较大局限性。鉴于深厚覆盖层研究的重要性及难度，成都院借以

7、施工阶段深溪沟、长河坝和猴子岩等深厚覆盖层深基坑的开挖机会，对深部原生状态覆盖层进行了相应的物理力学研究。本子题将结合开挖研究成果并搜集汇总岷江、雅鲁藏布江和大渡河流域覆盖层已有资料进行统计分析，对即将或已施工的大渡河流域长河坝、猴子岩、黄金坪、双江口、M 等工程的勘察设计有较好的参考价值。1.2 国内外研究现状和水平（李建国）深厚覆盖层的地质成因极其复杂，例如金沙江、雅砻江、岷江、大渡河流域的深厚覆盖层，从纵向上看，底部为晚更新世冲积、冰水漂卵砾石层；中间为晚更新世冰水、崩坡积、堰塞堆积与冲积混合为主加积层，厚度较大，成因复杂；上部为全新世正常河流相堆积。深厚覆盖层成因类型的复杂性质，决定了

8、物理力学性质呈现较大的不均匀性，是一种地质条件复杂的地基。面对复杂的深厚覆盖层，目前国内外的试验研究主要采用在现场开挖坑槽、竖井、沉井及大孔径钻孔等手段获取表层土层的天然密度、含水率、级配及相应的力学指标，对于深部的土层通常采取类比和经验的方式推测确定，难以准确掌握土层客观的性质，5 且费时耗力；或通过声波、触探等物探手段对土层性质进行定性的了解，虽快速省力但欠准确。在“六五”国家科技攻关项目“深厚覆盖层建坝研究”期间，成都院科研所在四川都江堰沙金坝建立了深厚覆盖层综合测试基地，制作大型模拟井，进行了渗透试验测试；采用地槽拉杆式荷载试验设备进行了表层砂卵石的载荷试验；铜街子电站左深槽，采用大型

9、土力学槽进行地基模型试验和中型直剪仪进行接触面特性试验研究。成都院“七五”期间研制成功 SD 型金刚石双管钻具，具有双级单动机构和磨光的内管，较好地满足了岩芯品质和采取率要求，大大提高了新型钻具在复杂的砂卵石覆盖层钻进的适应性，使岩芯获得率达到 90以上，SM 植物胶冲洗液配合，可以获取 130砂卵石料。中国水电水利规划设计总院在新疆察汗乌苏水电站，进行了深部旁压试验，并进行了邓肯 EB 模型参数反演。成都院委托长江科学院在双江口、长河坝、猴子岩电站进行了深部旁压试验，并在室内土力学模型槽进行对应旁压试验，获取对应深部砂卵石的密度。成都勘测设计院科研所依托开挖的深溪沟、长河坝、猴子岩等深厚覆盖

10、层基坑开挖对覆盖层不同深度、部位的土层进行现场及室内试验，结合前期测试手段获取的成果，分析不同测试手段的成果的相关关系及浅部土层和深部同类土层之性质的相关关系，开展了超径砂卵石相对密度研究。在西藏 M 电站、在大渡河硬梁包电站进行了深部旁压试验。中华人民共和国国家标准水利水电工程地质勘察规范GB 50487-2008 规定河床深厚砂卵石取样与原位测试，明确采用金刚石钻进的配套技术尚包括植物胶冲洗液配制，原位测试采用重型触探、旁压试验、波速测试等方法互相印证。目前国内外对深厚覆盖层特性的研究方法体系有待进一步总结与完善，要进一步研究取样方法，结合深部旁压试验获取深部砂卵石密度基础资料，探讨深厚覆

11、盖层级配、密度基本参数获取办法，统计各材料物理力学参数的合理取值范围以及研究参数的内在规律性。1.3 研究内容、思路及技术路径 1.3.1 研究内容(李小泉)6 对河床深厚覆盖层上建高土石坝，主要的工程地质问题是由于结构不连续造成的差异沉降、坝基渗漏、渗透变形、地震液化和软弱夹层的剪切破坏。影响高土石坝渗透、稳定、变形及坝基处理方式的覆盖层参数，是本子题总结与研究的内容。一般来说覆盖层的颗粒组成可归为以下四类：颗粒粗大、磨圆度较好的漂石、卵砾石类；块、碎石类；颗粒细小的中粗粉细砂类（层）；黏土、粉质粘土、粉土类。各种颗粒的组成界限往往不明显，漂石、卵砾石类常夹有砂层；块、碎石与细土相互填充。鉴

12、于 10m 以内的覆盖层，可以通过现场开挖坑槽、竖井、沉井及大孔径钻孔等手段获取表层土层的天然密度、含水率、级配及相应的力学指标，同时，高土石坝对地基承载力要求高，通常的黏土、粉土将被挖出，因此，本课题重点研究 10m以下的漂石、卵砾石（含砂层）、20m 以下的黏土。我们将重点研究黏土，中粗砂、粉细砂类，漂、卵砾石类。而各土类侧重关注的问题又不同：漂石、卵砾石类承载力、强度较高，我们重点关注其渗透变形问题；黏土、粉质黏土类我们又侧重关注其承载力、强度及变形特性；中粗粉细砂类各项指标居中，但又有液化与动强度等关注焦点。伴随着水电梯级开发的推进，我院积累了西南大量的河床钻探的第一手资料，将研究对象

13、（框定）于西南地区，既便利于深厚覆盖层物理力学参数的研究，也是天然的优势与依托。西南地区的河床覆盖层，在世界范围内均具较好代表性和典型性，它在正常的河流沉积厚度基础上，由于地壳抬升、冰川运动、滑坡淤堵、泥石流等内外力地质作用，具有冰川水沉积、堰塞沉积、泥石流堆积等典型的加积特征，最具代表性的河流由东向西有岷江、大渡河、雅砻江、金沙江以及西藏的雅鲁藏布江：如岷江上游映秀电站至茂县十里铺水电站地段河床覆盖层厚达 60100m，金沙江下游新市镇至宜宾河段覆盖层厚度超过 100m；大渡河干流 20134m，大渡河支流南桠河冶勒水电站坝址区覆盖层最大厚度更是达 420m 以上；雅砻江河床覆盖层厚度 12

14、50m；雅鲁藏布江中游河段覆盖层厚度可达 120m 以上。分布于这几大流域上诸多水电骨干工程自然面临深厚覆盖层问题，本课题正是依托双江口、猴子岩、长河坝、黄金坪、泸定、深溪沟等典型工程重点探讨，深入总结，现将典型工程的基本资料列表呈现，如表 1.3-1。7 典型工程的覆盖层厚度及其基本资料 表 1.3-1 工程名称 覆盖层厚度（m）坝型 坝高（m）装机规模（MW）所属流域（河流）双江口 67.8 砾石土心墙堆石坝 314 2000 大渡河（待建）金川 80.0 混凝土面板堆石坝 111.5 800 大渡河 安宁 94 沥青混凝土心墙堆石坝 60 400 大渡河 巴底 130.0 沥青混凝土心墙

15、堆石坝 100 720 大渡河 猴子岩 85.5 混凝土面板堆石坝 223.5 1700 大渡河 长河坝 79.3 砾石土心墙堆石坝 240 2600 大渡河 泸定 148.6 黏土心墙堆石坝 79.5 920 大渡河 硬梁包 116.0 闸坝-1170 大渡河 龙头石 70.0 沥青混凝土心墙堆石坝 72.5 700 大渡河 瀑布沟 63.0 砾石土心墙堆石坝 186 3600 大渡河 深溪沟 55.0 闸坝 49.5 660 大渡河 太平驿 80.0 闸坝 260 岷江 冶勒 420 沥青混凝土心墙堆石坝 125 220 大渡河支流南桠河 栗子坪 引水式开发-闸坝-132 大渡河支流南桠河

16、 M 工程 500 土质心墙堆石坝 150 1920 Y 江*数据引自水利发电工程地质手册（2011 年版）及各工程不同阶段研究报告 是否放在第 1.1？8 (1)(3)河床覆盖层分级：（1）深厚覆盖层（80130m），（2）正常覆盖层（1020m），（3）深厚覆盖层（3070m）；为区域构造单元：-甘孜褶皱带，-川滇南北构造带，-四川盆地。图 1.3-1大渡河干流河床剖面图 1.3.2 研究思路及技术路径 本子题项目紧紧围绕影土石坝渗透、稳定、变形及坝基处理方式的深厚覆盖层参数关键因素而开展，研究思路如下：（1）探讨如何获取深厚覆盖层基本物理参数的方法，重点讨论砂卵石的密度问题。（2）通过对

17、深溪沟、长河坝和猴子岩等深厚覆盖层的研究，得到不同高程砂卵石的基本物理力学特性，对比以往浅部、钻孔，对比分析两者之间存在的差异，对比分析深部与浅部的力学参数，结合开挖研究成果并搜集汇总岷江、雅鲁藏布江和大渡河流域覆盖层已有资料，统计各材料物理力学参数的合理取值范围以及研究参数的内在规律性。提出深部力学参数统计值。（3）通过对深溪沟、长河坝研究，研究深部砂层的物理力学参数，统计各材料物理力学参数的合理取值范围以及研究参数的内在规律性。提出深部力学参数统计值。（4）通过对 M、研究，研究深部黏土的物理力学参数，统计各材料物理力学参数的合理取值范围以及研究参数的内在规律性。提出深部力学参数统计值。（

18、5）依据规范，提出深部力学参数建议值。技术路线如下：9 图 1.3-2 研究思路框图（需修改）1.4 主要研究成果(罗欣)1.5 主要创新点 漂卵砾石层钻孔土密度获取新方法（上覆压力法）同层位深基坑密度推测钻孔密度 覆盖层原状取样或现场获取的渗透及渗透变形参数 覆盖层现场及室内物理力学参数研究 现场大型试验 室内对比力学研究 物性试验 载荷试验 渗透特性 相对密度 压缩试验 直剪试验 渗透变形试验 大三轴试验 动三轴试验 结合地质综合研究 浅层与深部 物性相关性 强度 变形 渗透变形指标*基本参数选取 密实度、级配强度变形 抗渗坡降*总目标：建立一套区域覆盖层基本特性参数 10 天然砂砾石层的

19、反滤自愈特性（原位样渗透坡降高、加与不加土工布渗透特性无差异）深部砂层密度的获取新方法（上覆压力法）sm 植物胶获取原状样；标贯法 多年来覆盖层参数研究的统计和归纳（三轴）巨厚覆盖层上 100m 深旁压试验 首次将深基坑原位大型物理力学试验与浅层物理力学性试验对比 通过现场旁压对比试验获取深部砂砾石层密度 不同粒径的大型相对密度试验 1.6（社会效益）渗透变形方面，允许坡降提高，防渗处理方式简化（由全封闭式改为悬挂式）2 深厚覆盖层基本参数测试方法探讨(李建国)2.1 深厚覆盖层基本参数主要测试方法和存在的问题 深厚覆盖层中的砂层、黏土层，通过钻孔或开挖，可以获取原状样，进而获取相应的基本物理

20、参数，而对于深部砂卵石基本物理参数，通常不能进行大开挖而获取原状样，只能通过开挖坑槽、竖井、沉井及大孔径钻孔等手段测试一定深度和部位土层的天然密度、含水率和级配等原始数据，采取类比和经验的方式推测确定，不能较为准确掌握土层客观的性质。2.2 深厚覆盖层基本参数获取新手段探索“七、五”期间成都院研制成功 SD 型金刚石双管钻具，具有双级单动机构和磨光的内管，较好地满足了岩芯品质和采取率要求，大大提高了新型钻具在复杂的砂卵石覆盖层钻进的适应性，使岩芯获得率达到 90以上，平均回次钻进长度由 0.5m 提高至 1.0m左右。覆盖层金刚石钻进的配套技术尚包括植物胶冲洗液配制，可以获取 130 砂卵石料

21、，近于 200mm 最大粒径的砂卵石料，对力学性无太大影响，也就是说，级配问题基本可以解决。众所周知，影响砂卵石料力学特性，除开级配之外，还存在着密度因素的影响，由于砂卵石料无胶结性，现场直接测试其密度，虽然可以通过化学注浆或冷冻的方法，但是其代价是巨大的。因而如何获取深厚覆盖层砂卵石的密度，便成为了确定砂卵石力学指标的关键和难点。成都勘测设计院科研所对两种方法进行了探讨和尝试，分述如下：11（一）旁压试验法 成都勘测设计院科研所委托长江科学院在双江口、长河坝、猴子岩电站进行了深部旁压试验，并在室内土力学模型槽进行对应旁压试验，获取对应深部砂卵石的密度。在此，结合双江口电站砂卵石料，对其方法进

22、行简介如下：（1）模型设计 室内模拟深厚覆盖层的旁压试验和动探试验在模型箱体中进行，由于砂砾石属于粗粒料，尺寸效应对试验成果的影响较大，同时还要承受较大的上覆压力，因此要求模型箱体具备一定的尺寸和较强的刚度，箱体内尺寸为：0.84m0.86m1.05m，制作材料采用 60mm 厚钢板。模型加压系统采用 4 个 50t 千斤顶组成的自反力系统，反力架在加压盖上对称布置，加压盖对角设置位移测量系统，在加压盖的几何中心预留旁压(或动探)孔。（2）上覆压力选择 在模型试验中，现场砂砾石层的深度是通过在模型上方施加一定的上覆压力来实现的，上覆压力取值为第、层砂砾石的平均深度处的自重压力值。室内模型试验成

23、果为了与现场原位测试数据相比较，第、层砂砾石的平均深度取在双江口坝址区进行的现场旁压试验点的平均测试深度。第层砂砾石层旁压试验点 58 个，平均测试深度为 25.3m，最大测试深度为 39.4m。上覆压力值为平均测试深度乘以浮容重(干密度取2.00 g/cm3，空隙比按照0.35进行计算)得到 312 kPa。为探讨上覆压力对试验成果影响，同时反映最大埋置深度砂砾石的受力状态，第层砂砾石的模型试验上覆压力取 300 kPa 和 600 kPa。同理，第层平均测试深度为 8.8m，最大测试深度为 18.3m，第层上覆压力值为平均测试深度乘以浮容重得到 110 kPa，模型试验的上覆压力取 110

24、 kPa 和 220 kPa。（3）级配和密度选择 根据地质勘探资料，砂砾石第、层级配包络线如图 3-1 所示，考虑到第层级配的上包线、平均线与第层级配的平均线、下包线基本相同，因此，模型料级配选定第层的上包线、平均线、下包线及第层的下包线 4 种级配。现场砂砾石有较大粒径，为保证试验成果的稳定性，剔除 60mm 以上颗粒，进行当量换算所得级配即为模型试验材料的级配。12 01020304050607080901000.0010.010.11101001000小于该粒径所占的百分比(%)粒径(mm)第层上包线第层平均线第层下包线第层上包线第层平均线第层下包线 图 2.2-1 双江口水电站坝址区

25、覆盖层砂砾石级配曲线 粗粒料粒径大，目前还无法对其实物试样进行力学性质试验，常采用缩尺后试验结果来推求实际材料的力学性质。缩尺主要会影响材料的轴向应变与体应变及弹性压缩模量(且影响局限于加荷情况)，但对峰值强度无甚影响。国内外许多学者研究过径径比(即：最大允许粒径与试样直径之比 dmax/D)问题，目前的采用值为 0.2。常用的级配模拟方法主要有 3 种：即相似级配法、等重量替代法和剔除法。相似级配法虽可保持原始级配不均匀系数及曲率系数不变，但却使得细料含量增大，难免影响材料的工程性质；等重量替代法虽保持细料含量一定，但却造成粗颗粒含量均化，使粗细颗粒填充关系变差，亦会影响材料的工程性质。剔除

26、法仅适用于超径料含量较少的材料。由此可见，这3 种方法都有其局限性。本次模型试验砂砾石超径料含量较少，级配采用剔除法。模型料的密度选取是基于对双江口河床覆盖层天然密度的估计，分别按各级配料的室内重型击实最大干密度的 86.4%95.3%压实度进行控制。（4）室内旁压试验 按照选取的级配配制砂砾石试样进行相对密度试验，测得该级配下的砂砾石最大干密度和最小干密度。计算当压实度为 86.4%、88.6%、91.3%、95.3%所对应的砂砾石密度，提出砂砾石装样的控制密度。将旁压探头的保护管(开缝钢管)预埋于模型中间，并与加压盖和封盖中心圆孔对应，将模型总的砂砾石量分成 68 层(视装样密度而定)，每

27、层按照选取级配和控制密度进行配制和装样，逐层夯实。然后加水排气饱和，并加上加压盖，进行加压，压力分别模拟25.0m(300kPa)和 50.0m(600kPa)深度砂砾石，第层砂砾石模拟 8.8m(110kPa)和17.6m(220kPa)深度砂砾石，加压后将旁压探头置于保护管内，进行旁压试验，每组旁压 13 试验做 2 级上覆压力。旁压试验在上级压力测试完后，卸掉旁压压力，重新加上覆压力，进行下一级压力的旁压试验，按照压力从小到大依次进行试验，直至完成。为确定砂砾石料的旁压模量与材料的密度、级配、上覆压力的相关关系，为此采用不同密度和级配的双江口河床覆盖层砂砾石料在室内制作了一系列河床覆盖层

28、模型，在模型上进行旁压试验。大渡河双江口水电站坝址区内河床覆盖层共进行了 8 孔 103 点旁压试验，较充分地反映了坝址区内河床覆盖层各层土体的变形特性。经统计分析后，坝址区河床覆盖层旁压试验成果见表。双江口河床砂砾石料现场旁压试验成果统计表 表 2.2-1 分层序号 地质分层 试验统计点数 旁压模量(MPa)漂卵砾石 24 6.5947.12 17.47(14.17)(砂)卵砾石层 58 5.7121.11 12.79(11.97)漂卵砾石层 21 10.9829.13 15.68(13.90)汇总 103 5.7147.12 14.47(13.47)注：1 代表的含义是：覆盖层砂砾石的三轴

29、试验和渗透试验要求根据现场密度来进行配制试样，密度是得到三轴试验及渗透试验可靠数据的关键参数。但是现场钻孔很难获得深部覆盖层较准确的密度参数，根据室内旁压模型试验所得成果，可以推测覆盖层第、层砂砾石的密度参数。由于现场砂砾石的级配范围比较宽，可采用平均级配线来体现第、层砂砾石的级配，利用现场旁压试验值的平均值和室内旁压试验密度与旁压值曲线来推求现场的砂砾石密度。6.5947.12 17.47(14.17)最小值最大值 平均值（标准值）14 图 2.2-2利用室内旁压试验成果推求现场砂砾石密度参数示意图 15（二）压缩试验法 对同一层次不同高程砂卵石料，无论其是否受先期压力或其他地质作用影响，其

30、密度差值应为上覆压力造成，根据这一设想，结合大渡河深溪沟深基坑开挖后，对同一层次不同高程进行的一系列物理性试验，获取了对应的现场密度资料，以表层的密度为制样密度，施加压力模拟现场砂砾石层的深度，其试验成果见表 图。同时，依据统计岷江、大渡河的深部与浅部的砂砾石层密度资料，进行与上述相同试验，其试验成果见表 图。覆盖层研究物理性质试验成果(模拟上覆压力)表 2.2-2 土样 编号 取土 深度 天然状态土 物理性指标 比 重 颗 粒 级 配 组 成 (颗粒粒径：mm)小 于 5mm 含 量 湿 密 度 干 密 度 含 水 率 h d W Gs 200 200 100 100 60 60 40 40

31、 20 20 10 10 5 5 2 2 0.5 0.5 0.25 0.25 0.075 0.075 0.005 5 m g/cm3 g/cm3%-%浅部 10米 2.29 2.25 2.0 2.77 17.4 13.4 12.8 8.0 11.2 8.4 6.8 6.4 7.8 2.6 4.0 1.2 22.0 TK5 01 2.34 2.31 1.6 2.79 29.80 6.07 7.19 4.85 7.70 10.05 12.64 13.48 2.72 0.99 1.38 3.13 21.70 TK7 45 2.43 2.39 1.6 2.70 37.38 17.59 8.96 3.8

32、2 4.61 2.66 1.56 3.04 10.29 3.63 5.73 0.72 23.41 TK9 1517 2.48 2.43 1.0 2.70 25.02 13.02 16.10 3.26 7.84 6.05 3.26 4.19 11.23 4.17 4.98 0.88 25.44 统计实际测试密度与压缩试验后土的密度对比 表 2.2-3 编号 深度 m 实测密度 g/cm3 压缩试验后土的密度 g/cm3 浅部 0 2.18 2.18 浅部 10 2.25 2.20 浅部 20-2.21 浅部 35-2.22 浅部 70-2.25 16 y=0.0007x+2.3083R=0.95

33、571100.11.010.0100.0覆盖层干密度g/cm3覆盖层深度，m 图 2.2-3 干密度覆盖层深度关系 y=0.0009x+2.1847R?=0.9651100.1110100 g/cm3覆盖层深度m y=0.0007x+2.3083R?=0.9557110 g/cm3 17 y=0.0009x+2.1847R=0.9651100.1110100覆盖层干密度g/cm3覆盖层深度m 图 2.2-4 干密度覆盖层深度关系 18 通过上述图表可以看出两个方面的关系或规律：通过压缩试验获得的土料干密度与覆盖层的深度关系，其相关性在 0.95 以上，相关性很好。比较压缩试验获得的干密度，与实

34、际测试土的干密度可知，实际测试土的干密度大于对应覆盖层深度压缩试验获得土的干密度。若采用压缩试验，由浅部覆盖层砂卵石推求深部砂卵石的密度，是可行且更接近实际土体，还留有安全余地。3 深厚覆盖层黏土物理力学参数研究 覆盖层黏土因其模量较低、变形较大，如在浅部绝大多数作挖出处理，所以我们往往需重点关注其深部的物理力学特性；此外，作为深部的细粒土类，一般都经历较长历时的水力搬运、冲刷，浸泡、静水沉积，上覆荷重等外力作用，河床深厚覆盖层已极少寻到粉土层的分布。因此本课题主要依托西藏 M 工程、大渡河猴子岩、泸定、硬梁包等大型水电工程，汇总了其 20m 以下黏土的钻孔资料，试图探索物理性质间、力学性质间

35、、物理性质与力学性质间的内在规律，并提出设计重点需求的物理力学参数。【罗欣】3.1 基本物理性质汇总与分析 物理性质统计的项目包括了干密度、含水率、孔隙比、液塑限、塑性指数、比重及颗粒级配特征含量。统计的西藏 M 工程、猴子岩电站等深部的黏土的基本物理性质成果见表 3.1-1。19 深厚覆盖层黏土物理性试验成果汇总 表 3.1-1 土 样 编 号 取土 深度/高程 天 然 状 态 土 的 物 理 性 指 标 比 重 颗 粒 级 配 组 成 (颗粒粒径：mm)小于 5 mm 含量 小于 0.075 mm 含量 不均 匀 系数 曲率 系数 分 类 名 称 湿 密 度 干 密 度 孔 隙 比 含 水

36、 率 液 限 塑 限 塑性 指限 分 类 典型 土名 分类 符号 h d e W WL Wp Ip-Gs 60 40 40 20 20 10 10 5 5 2 2 0.5 0.5 0.25 0.25 0.075 0.075 0.005 0.005 5 0.075 Cu Cc m g/cm3 g/cm3-%-%-ZKM201-14 57.53-59.10 1.96 1.62 0.667 20.9 30.0 18.0 12.0 CL 2.70 0.14 0.27 0.03 0.50 0.35 19.87 67.89 10.95 99.59 78.84 ZKM201-15 63.02-64.72 1

37、.93 1.58 0.728 21.9 37.0 19.5 17.5 CL 2.73 0.13 0.05 0.40 0.15 0.75 81.74 16.78 99.87 98.52 ZKM201-16 68.33-69.83 1.83 1.55 0.761 18.2 47.0 28.0 19.0 CL 2.73 0.12 0.15 0.65 0.20 0.80 47.64 50.44 99.88 98.08 ZKM201-17 71.53-73.09 1.91 1.49 0.826 28.1 44.0 26.5 17.5 CL 2.72 0.12 0.24 0.03 0.55 0.25 4.

38、23 50.44 44.14 99.64 94.58 ZKM204-15 69.30-70.9 1.76 1.60 0.694 10.2 27.0 13.0 14.0 CL 2.71 0.23 0.11 0.05 0.25 0.35 9.22 73.25 16.54 99.66 89.79 ZKM204-16 73.3-75.0 1.84 1.63 0.687 12.6 39.0 21.0 18.0 CL 2.75 0.03 0.05 0.05 0.40 78.07 21.40 100.00 99.47 ZKM204-17 79.2-80.8 1.76 1.53 0.791 15.1 44.0

39、 24.0 20.0 CL 2.74 0.03 0.05 0.05 0.30 66.67 32.90 100.00 99.57 ZKM506-14 65.46-67.06 1.75 1.62 0.654 8.1 27.5 15.5 12.0 CL 2.68 0.60 1.35 0.60 43.85 47.20 6.40 100.00 53.60 ZKM506-15 70.07-71.97 1.74 1.56 0.744 11.6 32.0 18.0 14.0 CL 2.72 0.14 0.05 0.40 0.50 2.05 80.69 16.18 99.87 96.87 ZKM106-17 7

40、7.6-79.26 1.77 1.65 0.648 7.2 30.0 17.0 13.0 CL 2.72 1.41 0.28 0.39 1.97 0.64 8.90 71.67 14.75 98.32 86.42 ZKM106-18 83.39-85.02 1.83 1.59 0.730 14.9 39.0 22.0 17.0 CL 2.75 0.20 0.25 0.15 0.95 78.55 19.90 100.00 98.45 ZKM106-19 88.2-89.8 1.75 1.55 0.787 12.9 45.0 25.0 20.0 CL 2.77 0.05 0.30 0.20 0.7

41、5 66.00 32.70 100.00 98.70 ZKM106-20 92.5-94.2 1.81 1.48 0.865 22.6 50.0 28.0 22.0 CH 2.76 0.05 0.15 0.15 0.35 48.50 50.80 99.80 99.30 ZKM401-12 56.83-58.53 8.9 32.0 19.0 13.0 CL 2.72 0.05 0.30 0.25 2.85 77.25 19.30 100.00 96.55 ZKM401-13 61.24-63.10 1.75 1.56 0.744 11.9 30.0 16.5 13.5 CL 2.72 0.03

42、0.10 0.10 3.40 72.37 24.00 100.00 96.37 ZKM401-14 66.51-68.26 1.77 1.62 0.673 9.5 36.0 20.0 16.0 CL 2.71 22.00 63.60 14.40 100.00 78.00 ZKM401-15 70.78-72.38 1.75 1.58 0.734 10.9 25.5 13.6 11.9 CL 2.74 0.03 0.05 0.05 0.25 76.52 23.10 100.00 99.62 ZKM401-16 75.65-77.25 1.73 1.52 0.770 13.6 40.0 20.5

43、19.5 CL 2.69 0.05 0.25 0.35 2.80 54.75 41.80 100.00 96.55 ZKM403-16 72.58-74.10 1.70 1.57 0.720 8.2 32.0 17.5 14.5 CL 2.70 0.10 0.55 0.60 1.65 77.30 19.80 100.00 97.10 ZKM403-17 78.0-79.6 1.72 1.52 0.796 13.2 47.0 25.0 22.0 CL 2.73 0.03 0.45 0.45 1.55 53.72 43.80 100.00 97.52 ZKM102-14 65.0-66.6 1.8

44、2 1.58 0.722 15.5 29.0 16.0 13.0 CL 2.72 0.05 0.75 0.95 3.90 75.75 18.60 100.00 94.35 20 ZKM102-15 70.4-72.0 1.88 1.56 0.731 20.3 25.2 14.2 11.0 CL 2.70 0.91 0.91 1.82 0.91 0.48 6.11 8.92 11.45 56.08 12.41 95.45 68.49 ZKM102-16 75.1-76.6 1.85 1.49 0.832 23.9 51.0 27.0 24.0 CH 2.73 0.05 0.30 0.35 0.8

45、0 42.00 56.50 100.00 98.50 ZKM102-17 79.05-80.65 1.91 1.63 0.663 17.3 23.0 10.5 12.5 CL 2.71 1.27 1.27 1.27 1.35 10.15 12.46 20.15 40.07 12.03 96.21 52.10 ZKM404-14 65.0-66.6 1.82 1.62 0.667 12.4 30.0 15.0 15.0 CL 2.70 0.27 0.10 2.24 0.45 12.17 70.81 13.96 99.73 84.77 ZKM404-15 69.2-72.0 1.89 1.58 0

46、.734 19.7 40.0 21.0 19.0 CL 2.74 0.10 0.10 0.60 81.40 17.80 100.00 99.20 ZKM404-16 73.9-75.4 1.87 1.54 0.786 21.4 44.0 24.0 20.0 CL 2.75 0.13 0.25 0.15 0.70 0.45 1.30 65.35 31.68 99.63 97.03 ZKM404-17 77.1-78.6 1.77 1.51 0.815 17.1 45.0 30.0 15.0 CL 2.74 1.87 3.95 0.05 0.19 0.19 0.85 50.34 42.57 94.

47、19 92.91 ZKM504-16 79.53-81.13 1.76 1.58 0.728 11.1 38.0 22.5 15.5 CL 2.73 0.20 0.50 0.20 0.90 78.90 19.30 100.00 98.20 ZKM504-17 82.28-83.8 1.91 1.51 0.815 26.3 50.0 29.0 21.0 CH 2.74 0.10 0.05 0.05 0.45 50.65 48.70 100.00 99.35 ZKM505-13 61.34-62.74 1.84 1.64 0.640 12.3 31.0 17.5 13.5 CL 2.69 0.21

48、 0.25 0.20 0.20 18.56 63.32 17.26 99.79 80.58 ZKM505-14 66.2-67.8 1.70 1.58 0.684 7.6 28.0 16.5 11.5 CL 2.66 0.10 0.80 0.35 7.05 71.90 19.80 100.00 91.70 ZKM505-15 70.1-71.68 1.68 1.51 0.795 11.5 34.0 19.0 15.0 CL 2.71 0.21 0.05 0.05 0.05 1.50 75.49 22.65 99.79 98.14 ZKM505-16 76.08-77.35 1.93 1.54

49、0.760 25.5 48.0 27.0 21.0 CL 2.71 0.40 0.10 0.05 0.05 0.30 59.97 39.09 99.56 99.06 ZKM505-17 78.65-79.95 1.87 1.46 0.863 28.4 48.5 25.0 23.5 CL 2.72 0.05 0.10 0.40 57.05 42.40 100.00 99.45 ZKM305-5 71.4-74.1 1.98 1.45 0.869 36.7 44.0 24.0 20.0 CL 2.71 0.10 0.70 1.00 1.60 48.30 48.30 100.00 96.60 ZKM

50、-平均线 1.82 1.56 0.746 16.3 37.3 20.7 16.6 CL 2.72 0.03 0.06 0.19 0.24 0.14 0.87 0.87 5.80 64.48 27.31 99.47 91.79 低液限黏土 CL 21 续表 3.1-土 样 编 号 取土 深度/高程 天 然 状 态 土 的 物 理 性 指 标 比 重 颗 粒 级 配 组 成 (颗粒粒径：mm)小于 5 mm 含量 小于 0.075 mm 含量 不均 匀 系数 曲率 系数 分 类 名 称 湿 密 度 干 密 度 孔 隙 比 含 水 率 液 限 塑 限 塑性 指限 分 类 典型 土名 分类 符号 h