土石坝中土石料的物理力学性质

土石坝中土石料的物理力学性质摘要随着筑坝技术的发展,近代的高土石坝大量地使用了当地的粗颗粒土石料(以下简称土石料)。

铁路、公路以及一些高层、重型建筑物,目前也遇到了此类材料的问题。

“土石料”一词,一般泛指诸如砂卵石、石料、石碴料、风化料、砾质土、冰磺土以至人工掺合土等粗颗粒的土石材料。

其最大粒径一般都超过75(60)毫米而达到600甚至800毫米以上。

近年来，由于筑坝技术的发展，对筑坝材料的要求已逐渐放宽。

土石料中的物理力学性质对土石坝的设计，施工有很大的影响，所以我们要修好土石坝，必须研究清楚土石坝的各种物理力学性质。

关键字土石料砂卵石石碴料风化料物理力学性质类型土石坝常按坝高、施工方法或筑坝材料分类。

土石坝按照坝高分类，土石坝按坝高可分为：低坝、中坝和高坝。

我国《碾压式土石坝设计规范》（SL 274-2001）规定：高度在30米以下的为低坝；高度在30米～70米之间的为中坝；高度超过70米的为高坝。

土石坝按其施工方法可分为：碾压式土石坝；冲填式土石坝；水中填土坝和定向爆破堆石坝等。

应用最为广泛的是碾压式土石坝。

按照土料在坝身内的配置和防渗体所用的材料种类，碾压式土石坝可分为以下几种主要类型：1）、均质坝。

坝体断面不分防渗体和坝壳，基本上是由均一的黏性土料（壤土、砂壤土）筑成。

2）、土质防渗体分区坝。

即用透水性较大的土料作坝的主体，用透水性极小的黏土作防渗体的坝。

包括黏土心墙坝和黏土斜墙坝。

防渗体设在坝体中央的或稍向上游且略为倾斜的称为黏土心墙坝。

防渗体设在坝体上游部位且倾斜的称为黏土斜墙坝，是高、中坝中最常用的坝型。

3）、非土料防渗体坝。

防渗体由沥青混凝土、钢筋混凝土或其他人工材料建成的坝。

按其位置也可分为心墙坝和面板坝。

1 砂卵石：对于浑圆状颗粒，分为圆砾石、卵石、漂石、砾石土、砂卵石等；对棱角状颗粒，分为角砾石、碎石、块石、碎石土等。

鹅卵石，取自经历过千万年前的地壳运动后由古老河床隆起产生的砂石山中，经历着山洪冲击、流水搬运过程中不断的挤压、摩擦。

在数万年沧桑演变过程中，它们饱经浪打水冲的运动，被砾石碰撞磨擦失去了不规则的棱角，又和泥沙一道被深埋在地下沉默了千百万年。

主要化学成分是二氧化硅，其次是少量的氧化铁和微量的锰、铜、铝、镁等元素及化合物。

它们本身具有不同的色素，如赤红者为铁，蓝者为铜，紫者为锰，黄色半透明为二氧化硅胶体石髓，翡翠色含绿色矿物等等；由于这些色素离子溶入二氧化硅热液中的种类和含量不同，因而呈现出浓淡、深浅变化万千的色彩，使鹅卵石呈现出黑、白、黄、红、墨绿、青灰等色系。

鹅卵石被广泛应用于公共建筑、别墅、庭院建筑、铺设路面、公园假山、盆景填充材鹅卵石料、园林艺术和其它高级上层建筑。

它既宏扬东方古老的文化，又体现西方古典、优雅，返朴归真的艺术风格。

鹅卵石还为净水、污水处理、电力、园林等项工程提供了优质材料。

还为陶瓷、精密铸造、造纸、喷磨、化工、单晶硅、国防等提供原辅材料。

2 石料做建筑、雕刻等材料用的岩石或与岩石相似的物质。

石料泛指所有的能作为材料的石头常用石料1.道路路面建筑用石料制品：高级铺砌用整齐块石，路面铺砌用半整齐块石，铺砌用不整齐块石，锥形块石。

2.桥梁建筑用主要石料制品：片石、块石、方块石、粗料石、镶面石等。

3.另用于建筑雕塑方面的，例如石雕，砂岩雕塑采岩艺术，文化石，砂制品等等，都可以统称石料。

雕塑，主要是针对较大块的石头，进行人工雕琢，修饰，甚至上色等等。

技术标准道路与石料生产线中桥梁建筑物，既受到车辆荷载的复杂力系作用，又受到各种复杂的自然因素的恶劣影响，所以，用于修建与桥梁的材料，不仅要具备有一定的力学性能，同时，还要有在恶劣的自然因素的作用下，不产生明显强度下降的内疚性。

这就要求道路材料应具备以下几方面性质：力学性质是指材料抵抗车辆荷载复杂力系综合作用的能力。

除了通过静态的拉、压、弯、剪等试验来反映材料的力学性质外，还采用磨耗、磨光、冲击等试验来反映其性能等。

物理性质通常通过测定材料的物理常数，如真密度、毛体积密度、空隙率、含水量等来了解材料的内部组成结构，并且由于物理常数与力学性能之间有一定得相关性，可以用来推断材料的力学性能。

影响材料性质的主要因素是温度和湿度。

一般材料随温度的升高、湿度的加大，则强度降低。

因此，测定材料的温度稳定性、水稳定性是某些材料性能的主要指标之一。

化学性质化学性质是材料抵抗各种周围环境对其化学作用的性能，道路与桥梁用材料在受到周围介质（如桥墩在工业污水中）的侵蚀下，会导致强度降低；在受到大气因素（如气温的交替变化，日光中的紫外线，空气中的氧、水等）的综合作用，会引起材料的老化，特别是各种有机材料（如沥青材料等）更为显著。

石料生产线工艺性质是指材料适合于按一定工艺要求加工的性能。

例如，水泥混凝土拌合物需要一定的和易性，以便浇筑。

石料生产线材料工艺性质是通过一定的实验方法和指标进行控制。

3 石碴料的母岩性质和级配特性 1石碴料的母岩性质:筑坝石碴料的料场通常选在坝肩库区内,其母岩主要为古生代的志留纪(S),中生代的三迭纪(T),侏罗纪(J),白坐纪(K)的砂岩、泥岩、灰岩和砂泥岩互层等。

影响石碴料渗透性的因素很多，其中直接影响因素是石渣料本身的级配状态。

本文根据试验资料，分别分析了硬岩石渣料、软岩石渣料级配与渗透性的关系。

得出结论认为：在采用当地材料的坝料设计中，应以压实<5mm粒径的含量作为控制指标；不论硬岩或软岩石渣，其级配中<5mm粒径的含量与其渗透性都具有线性关系。

4 风化料风化料按其颗粒组成可分为风化砾石，风化砂和风化土三类。

风化料抗风化的性能一般风化砂的矿物成分以长石、石英为主。

石英对化学风化较为稳定。

长石进一步风化，导致风化砂变质为砂质粘土类土，其特性一般是比较好的，如松涛花网风化土即属于这一类型。

板、页岩风化砾石将不经过风化砂的阶段直接风化成风化土。

卧虎山水库曾研究了处于三个不同风化阶段的页岩风化料。

5 砾质土按水利电力部1962年规程，砾质土是砾粒含量在10%～15%之间，且砾粒含量少于砂粒、粉粒或粘粒的砾类土。

施工及使用砾质土有很高的承载力，可以采用中型机械进行碾压。

良好级配情况下可用作土石坝防渗材料。

砾石土土壤颗粒组成中，>2mm的石砾超过1%的土壤，根据石砾含量分别定为砾质土或砾石土。

砾质土在描述土壤质地时，在质地名称前冠以某确立质土字样，如砾质砂土、少砾质砂土等。

少砾质土砾石含量1~5%；中砾质土砾石含量5~10%；多砾质土砾石含量10~30%。

砾石土。

当土壤中砾石含量超过30%以上者，按规定，不再记载细粒部分的名称，只注明是某砾石土。

其分级标准为：砾石含量30~50%者为轻砾石土；50~70%者为中砾石土；70%以上者为重砾石土。

考虑到砾石中所夹细粒部分物质情况各异，在生产上反应亦大不一样，因此，在室内测试时，仍将细粒部分的颗粒组成分别进行了测定，在总的质地命名时仍命名为某砾石土，但在括号内则注明细粒部分的质地名称。

如某土壤>2mm的砾石含量为65%，细粒部分的质地为壤质粘土，最后命名时，则定为中砾石土（壤质粘土）等。

土石坝既可依筑坝施工方法分类，也可按土料在坝身内的配置划分类型。

(1) 根据筑坝施工方法可分为碾压式上石坝、抛填式堆石坝、定向爆破堆石坝。

水力冲填坝等。

其中应用最广的是碾压式上石坝。

(2) 按照土料在坝身内的配置和防渗体的材料，可分为以下几种主要类型：1) 均质坝。

坝身的绝大部分由一种主料筑成，整个剖面起防渗和稳定作用。

2) 粘土心墙和斜墙坝。

用透水性较好的砂石料作坝壳，以防渗性较好的土质做防渗体，设在坝中央或稍向上游倾斜的防渗墙坝称为心墙坝或斜心墙坝；设在靠近上游面的防渗墙坝称为斜墙坝。

3) 人工材料心墙或斜墙坝。

防渗体由沥青混凝土、钢筋混凝土或其他人工材料制成，其余部分用土石料构成的坝称为人工材料心墙或斜墙坝。

4) 多种土质坝。

坝身主要部分由几种不同的土料所构成的坝称为多种土质坝。

5) 土石混合坝。

将多种土质坝的某些部位以石料代替，即成为土石混合坝。

为改善坝身应力状态，避免裂缝，近代修建的高土石坝常将心墙略向上游倾斜做成斜心墙土石混合坝。

当前土石坝的研究设计和土石材料的物理力学性质认识还不是很全面，要在以后的不断研究中发展加强土石坝在水坝中的比重。

充分发挥其优点（1）就地取材，节省钢材﹑水泥﹑木材等重要建筑材料，从而减少了建坝过程中的远途运输。

（2）结构简单，便于维修和加高﹑扩建。

（3）坝身是土石散粒体结构，有适应变形的良好性能，因此对地基的要求低。

（4）施工技术简单，工序少，便于组合机械快速施工。

在其坝身一般不能溢流，施工导流不如混凝土坝方便，粘性土料的填筑受气候条件影响较大等方面加强研究，以达到完善。

参考文献：［1］李瓒，陈飞，郑建波，等. 特高拱坝枢纽分析与重点问题研究［M］. 北京：中国电力出版社，2004.［2］中国水电工程顾问集团公司.云南澜沧江小湾水电站枢纽工程蓄水安全鉴定报告（第一阶段）［R］. 北京：中国水电工程顾问集团公司，2008［3］中国水电顾问集团成都勘测设计研究院.四川省雅砻江锦屏一级水电站拱坝混凝土温控技术要求［R］. 成都：中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，2009.［4］中国水电顾问集团成都勘测设计研究院.四川省雅砻江锦屏一级水电站左岸边坡安全监测与稳定性分析报告［R］. 成都：中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，2009.［5］中国水电顾问集团成都勘测设计研究院. 四川省雅砻江锦屏一级水电站拱坝右岸坝肩抗滑稳定分析［R］. 成都：中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，2010.［6］李瓒, 陈飞, 郑建波，等. 特高拱坝枢纽分析与重点问题研究［M］. 北京：中国电力出版社，2004.土石坝中土石料的物理力学性质学院：能动学院专业：水利水电工程2班姓名：李东田学号：10120217（注：本资料素材和资料部分来自网络，供参考。

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