孫家勇，周方錄，郭麗名

(大慶市松嫩工程管理處，黑龍江 大慶 163311)

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分散性黏土大壩研究現(xiàn)狀及存在問題探討

孫家勇，周方錄，郭麗名

(大慶市松嫩工程管理處，黑龍江 大慶 163311)

摘要：分散性黏土是世界上分布廣泛的一種特殊土，對水利大壩危害很大。文章簡要介紹了分散性黏土的分散機(jī)理、判別試驗(yàn)、大壩常見處理措施及存在的主要問題。針對存在的一些問題，作了一些探討。針對5種試驗(yàn)結(jié)果不吻合的情況，主要應(yīng)該從分散性機(jī)理方面找原因，進(jìn)一步加深分散性黏土特性研究，同時(shí)應(yīng)當(dāng)規(guī)范分散性黏土的判別標(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)規(guī)程，使土的分散性判別方法標(biāo)準(zhǔn)化、定量化。

關(guān)鍵詞：分散性黏土；分散機(jī)理；判別試驗(yàn)；處理措施

0前言

分散性黏土是一類特殊土，在世界上，澳大利亞于20世紀(jì)50年代首先發(fā)現(xiàn)分散性黏土，之后在美國、以色列、越南等國也發(fā)現(xiàn)分散性黏土；在國內(nèi)，于20世紀(jì)70年代黑龍江首先發(fā)現(xiàn)分散性黏土，之后在浙江、新疆、寧夏等地也發(fā)現(xiàn)分散性黏土；由此可見，分散性黏土在世界上分布比較廣泛。在一些筑壩地區(qū)常存在分散性黏土，用分散性黏土筑壩不可避免，例如阿根廷的烏魯姆壩、伊朗的塔里干土石壩、黑龍江南部引嫩工程17號壩等。由于分散性黏土具有極易被沖蝕的特性，國外資料顯示水流流速>10 cm/s時(shí)就會發(fā)生沖蝕，遇到低含鹽量的水就會分散流失，出現(xiàn)大面積沖蝕孔洞或發(fā)生突然管涌破壞[1]。

但是，分散性黏土大壩經(jīng)過合理的處理之后也可以保證大壩的安全性。

1分散性黏土大壩研究現(xiàn)狀

1.1分散性黏土分散機(jī)理

世界各國專家學(xué)者對分散性黏土的分散機(jī)理進(jìn)行了研究，美國的一些專家認(rèn)為土體產(chǎn)生分散是由土中含量較高的鈉離子引起的。分散性黏土中的可交換性鈉離子含量較高，并且其礦物成分主要是蒙脫石。我國學(xué)者認(rèn)為，土具有分散性是因?yàn)椋孩俸忻擅撌@種結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的黏土礦物，蒙脫石類黏土屬于2:1型礦物，即由2個(gè)硅氧四面體夾1個(gè)鋁氧八面體形成三層礦物。但是片與片之間無K+聯(lián)結(jié)，水可以進(jìn)入片層之間，使晶體產(chǎn)生很大的體積改變；②膠結(jié)物含量不足以抑制膨脹和分散作用；③高PH值的堿性介質(zhì)環(huán)境[2]。

1.2分散性黏土判別試驗(yàn)

判別土是否分散的5項(xiàng)基本試驗(yàn)為雙比重計(jì)試驗(yàn)、針孔試驗(yàn)、碎塊試驗(yàn)、交換性鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)試驗(yàn)和孔隙水可溶鹽試驗(yàn)。這5項(xiàng)室內(nèi)試驗(yàn)是美國水土保持局提出的基本判別試驗(yàn)。這5項(xiàng)試驗(yàn)的判別標(biāo)準(zhǔn)為：①雙比重計(jì)試驗(yàn)：非分散性黏土<30%；過渡性黏土為30%-50%；分散性黏土>50%。②碎塊試驗(yàn)：分散性黏土在土塊水解后混濁，土很快擴(kuò)散到整個(gè)量杯底部，水呈霧狀，經(jīng)久不清；過渡性黏土在土塊水解后四周有微量混濁，但擴(kuò)散范圍小；非分散性黏土無分散出膠粒的反映，土塊水解后在量杯底部以細(xì)顆粒狀平堆，水色是清的，或稍混濁后很快又變清。③針孔試驗(yàn)：非分散性黏土在380～1020 mm水頭下針孔不擴(kuò)大，水流很清；過渡性黏土在180～380 mm水頭下針孔沖蝕較慢，水流稍混濁；分散性黏土在50 mm水頭下針孔迅速擴(kuò)大，水流混濁。④交換性鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)：在710為中等分散性黏土；≥15為高分散性黏土。④孔隙水可溶鹽試驗(yàn)：對于分散性黏土，若[TDS]>5，則需[SAR]>2.7；若[TDS]>10，則需[SAR]>4.2；若[TDS]>100，則需[SAR]>13。除了這5項(xiàng)基本試驗(yàn)外，還有旋轉(zhuǎn)圓筒試驗(yàn)、鈉量比等試驗(yàn)。1987年黑龍江省勘測設(shè)計(jì)研究院曾對南部引嫩工程部位的分散土進(jìn)行化學(xué)全量分析(見表1)，南引分散黏土各項(xiàng)化學(xué)成分的數(shù)量與蒙脫石較為接近。FeO3數(shù)量較高。

表1　南引分散性黏土化學(xué)全量分析及對比表

1.3分散性黏土大壩常見處理措施

分散性黏土筑壩必須采取保護(hù)性措施，常見的處理措施有：①將大壩包起來，也就是把低溶鹽水與大壩分離開來。常用的隔水材料有非分散性黏土、防滲土工膜、橡皮制品、塑料等。②改造庫水，即將低溶鹽庫水改造為高溶鹽庫水，可定時(shí)向水庫中投放鈉鹽和鈣鹽混合物。③改造壩體土質(zhì)，即把分散性黏土改造為非分散性黏土，通過在土體中摻加生石灰或硫酸鋁等。④壩后堵截，即在壩后設(shè)置適當(dāng)級配的砂反慮，以截住壩體細(xì)顆粒，使其流不出壩體。

2存在主要問題

國內(nèi)分散性黏土研究時(shí)間尚短，研究人員不足，國內(nèi)只有少數(shù)院校對其研究，在對其研究過程中也顯現(xiàn)出一些問題。

1)分散性黏土判別需要做5項(xiàng)基本試驗(yàn)，即雙比重計(jì)試驗(yàn)、針孔試驗(yàn)、碎塊試驗(yàn)、交換性鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)試驗(yàn)和孔隙水可溶鹽試驗(yàn)，但往往出現(xiàn)5種試驗(yàn)結(jié)果不相吻合的情況，有些試驗(yàn)結(jié)果判定土體具有分散性，其余試驗(yàn)結(jié)果判定土體具有非分散性。例如新疆西郊水庫大壩心墻土料試驗(yàn)顯示，僅孔隙水可溶鹽試驗(yàn)結(jié)果顯示土體具有分散性，其余試驗(yàn)結(jié)果顯示土體具有非分散性[3]。馬家樹水庫大壩防滲土料試驗(yàn)顯示，2號土樣的試驗(yàn)結(jié)果中碎塊試驗(yàn)、針孔試驗(yàn)、孔隙水可溶鹽試驗(yàn)顯示土體具有分散性，其余試驗(yàn)結(jié)果顯示土體具有非分散性[4]。

2)在對分散性黏土大壩的保護(hù)措施的研究中，以改進(jìn)大壩黏土分散性居多，即將分散性黏土改善為非分散性黏土，較多的應(yīng)用生石灰改進(jìn)，在分散性黏土中摻入一定比例的生石灰改進(jìn)黏土分散性。生石灰是一種很好的土體改性劑，通常較低的摻量即能達(dá)到土體改性效果。但是較低的摻量給施工帶來了困難，如何使較低摻量的生石灰在大壩土體中分散均勻成為了施工的一個(gè)難題。

3結(jié)語

分散性黏土的研究方法與判別標(biāo)準(zhǔn)是從大量試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析得來的，雖然具有一定的合理性，但是往往也存在著相當(dāng)多的例外情況。針對5種試驗(yàn)結(jié)果不吻合的情況，主要應(yīng)該從分散性機(jī)理方面找原因，進(jìn)一步加深分散性黏土特性研究，同時(shí)應(yīng)當(dāng)規(guī)范分散性黏土的判別標(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)規(guī)程，使土的分散性判別方法標(biāo)準(zhǔn)化、定量化。

生石灰在摻入量0.25%～0.3%時(shí)，就可抑制土體的分散作用。土體分散強(qiáng)度不同，摻入量也會有所不同，對于較低摻量給施工帶來的困難，可以提高摻入量，控制拌合質(zhì)量來解決。研制出更加經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、高效的分散性黏土改性劑是今后的發(fā)展方向。

參考文獻(xiàn)：

[1]王觀平，王來文，閻仰中，等.分散性土與水利工程[M].北京：中國水利水電出版社，1999：26-30.

[2]樊恒輝，高明霞，李鵬，等.某大壩心墻土料分散性試驗(yàn)研究[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2003,25(05)：615-618.

[3]陳艷明.新疆西郊水庫大壩防滲心墻土料分散性鑒定[J].西北水電，2005(03)：24-28.

[4]樊恒輝，孔令偉，李洪良，等.馬家樹水庫大壩防滲土料分散性判別和改性試驗(yàn)[J].巖土力學(xué)，2010,31(01)：193-199.

中圖分類號：TV223

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

[作者簡介]孫家勇(1978-)，男，黑龍江大慶人，助理工程師；周方錄(1972-)，男，黑龍江巴彥人，高級工程師；郭麗名(1976-)，男，黑龍江大慶人，高級工程師。

[收稿日期]2015-09-12

文章編號：1007-7596(2016)01-0077-02