亚湖水库花岗岩风化残积土防渗应用研究

来源：核心期刊咨询网时间：2022-04-23 10:5212

摘要：摘要：在亚湖水库防渗加固工程中，缺少可就地取材的防渗性黏土与砂土材料，但在水库周边山体上分布有大量的火成岩风化残积土。为研究残积土在堤坝防渗工程中的应用，进行了残积土矿物化学成分分析和浆液物理力学性质试验研究。结果表明：相比于普通黏土，残积土的氧化

　　摘要：在亚湖水库防渗加固工程中，缺少可就地取材的防渗性黏土与砂土材料，但在水库周边山体上分布有大量的火成岩风化残积土。为研究残积土在堤坝防渗工程中的应用，进行了残积土矿物化学成分分析和浆液物理力学性质试验研究。结果表明：相比于普通黏土，残积土的氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁等胶凝活性矿物含量高;不同成分残积土配制的黏土浆、水泥黏土浆、水泥黏土砂浆和细砾混凝土的力学、防渗性质受水泥的配比、水料比以及土料种类影响较大。用残积土配合而成的水泥黏土浆是一种理想的防渗材料，为防渗材料投资节省了一半的费用，可供同类型工程参考。

　　关键词：残积土; 物理力学性质; 防渗材料; 防渗加固; 亚湖水库

　　0 引 言

　　残积土作为一种特殊土，多分布于东南沿海地区，已被广泛应用于许多地基回填工程[1-3]。不少学者就残积土的力学性质进行了研究：如温勇等[4]就广州地区花岗岩残积土开展了一系列常规力学试验研究，对比分析了室内试验结果与现场实测值;周小文等[5]与安然等[6]就结构性花岗岩残积土的剪切特性进行了研究;尹松等[7]通过夯击试验、承载比试验等研究了残积土的压实性能与基本力学性能，证明残积土通过土性改良可用于路基填料;Fonseca等[8]进一步对残积土的力学性能及其应用性进行了研究。

　　也有不少学者就残积土的渗透性能进行了研究：Hua等[9]分析了矿渣粉、水泥、膨润土在不同掺入比下对花岗岩残积土渗透性的影响，发现水泥的掺入对花岗岩残积土的渗透性能影响明显;黎玉彬[10]对风化花岗岩残积土水泥土进行了大量室内正交试验和现场试验，发现花岗岩残积土水泥土用于管道防渗具有极优的防渗性能与防渗效益。阙云等[11]认为当残积土应用于路堤时，适当提高压实度可提高路堤防渗能力。

　　然而，残积土的物理性质受其土质矿物成分影响较大，且矿物成分与其残余强度息息相关[12-13];此外，残积土在天然状态下常表现出遇水湿化、易崩解等较差的力学特性[14-15]。对于残积土的特殊性质是否会影响其在堤坝防渗中的应用，目前尚未有相关研究。同时，在许多堤坝工程中，常存在防渗材料缺乏或异地购置成本过高的问题。因此，研究残积土在堤坝防渗工程中的应用具有实际意义。该研究以福建省亚湖水库防渗加固工程为例，对不同种类花岗岩残积土的矿物成分、浆液的性能和物理指标及其与水泥配比的材料性能进行试验，分析其抗压强度、防渗性能，研究了不同种类花岗岩残积土在堤坝防渗中的应用。

　　1 试验土样

　　在防渗工程施工中，振动沉模灌浆工艺需要大量的细骨料和黏性土，劈裂灌浆需要大量的黏性土，高喷灌浆也需要掺入部分黏土材料。要使用风化花岗岩残积土作为防渗材料，首先要了解其基本性质：材料的颗粒组成成分、矿物化学成分、浆液材料的性能指标与物理指标及浆料的配合比与物理力学性质。研究选择5种不同残积土进行试验分析，具体试样信息见表1。

　　2 试验与结果

　　首先对5种样品进行颗粒分析，然后取2， 3号土料样品进行矿物化学成分分析，取1， 4， 5号土料样品进行浆液性能及物理性质试验;选取8种不同浆料配合比进行试验，研究浆料的物理力学性能，以便分析与选用。

　　2.1 颗粒分析

　　通过土的筛分与比重试验，联合测定了颗粒组成，绘成颗粒级配曲线如图1所示。

　　2.2 矿物化学成分分析

　　残积土是岩石风化后未经搬运、仍保留在原地的残积物，是风化岩的次生矿物，即由原生矿物经化学及物理作用而形成的新的矿物成分。次生矿物主要由黏土矿物、含水倍半氧化物与二氧化硅等组成。黏土矿物主要为含水铝硅酸盐，由硅酸盐矿物分解形成，颗粒很细，粒径一般小于5 μm，是构成黏土的主要成分，对土的性质有很大的影响。含水倍半氧化物常以R2O3-nH2O表示，其中R代表铝或铁;它是硅酸类矿物分解后残留的非溶性次生矿物，大多呈胶凝状，部分是结晶;颗粒极细，粒径小于0.1 μm，亲水性和活性强，对防渗体工程有特殊影响。次生二氧化硅一般含结晶水，也是由硅酸盐类矿物分解析出的次生矿物，呈胶凝状，颗粒较细，粒径小于0.2 μm，亲水性相对较弱，也会影响防渗体工程。

　　本区风化残积土的次生矿物成分经物理与化学分析，符合上述次生矿物的形成规律。经黏土的化学分析，其主要矿物化学成分为SiO2， Al2O3， Fe2O3，占85.0%～89.0%;含水倍半氧化物占29.0%～37.0%，如图2所示。经土的物理分析，其黏粒含量占21.7%～30.4%，胶粒含量占9.4%～16.0%。因此，残积土不同于一般黏性土，其中含有较多黏粒及胶凝物质，会影响土的浆液性能与防渗体材料的物理性质。

　　2.3 浆液性能

　　取1， 4， 5号3组土样中的黏性土配制浆液，开展浆液性能及物理性质试验。试验结果如图3～4所示。

　　由试验结果分析，浆液的突出特点是密度小、稠度大。当浆液密度为1.17～1.20 g/cm3，稠度达30～42 s，胶体率达80%～82%。

　　當用做劈裂灌浆材料时，根据规范规定，浆液密度不能小于1.3 g/cm3，而残积土的浆液达到1.3 g/cm3时，浆液很稠，不发生流动，无法进行灌浆，可见残积土与一般沉积土在浆液的物理性质上有显著差别。这说明：① 规程要求不适用于这类残积土;② 这类残积土具有高亲水性与胶黏性，不符合一般黏性土的规律。要使用这类土做劈裂灌浆，材料密度应小于1.20 g/cm3。这种黏土的浆液性能，反映出残积土中胶凝矿物的活性作用。

　　2.4 不同配合比材料的物理力学性质

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