岩土定向爆破坝坝体结构与渗透特性的研究

　云南省柴石滩水库大坝可行性论证阶段定为定向爆破坝，而初步设计审定的却是面板堆石坝，坝型改变的原因之一，是缺乏未做防渗体的爆破坝直接挡水（特别是高水头）可靠性的工程实践与经验.据此，作者选择典型爆破坝、云南省己衣水库大坝进行了直接挡水（特别是高水头挡水）的实践与原型观测，为发展定向爆破筑坝技术提供科学依据.己衣水库大坝1978年5月采用定向爆破筑坝技术一次爆破筑成，平均堆积高度83.6m，最低马鞍点高74.2m，爆后基本上未进行坝面整形与防渗处理.
　　1　原型观测的主要内容与途径

　　1.1　坝体探井　在坝体上人工开挖4个试验探井，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ顺序布置在原顺河向河槽纵剖面上，Ⅰ井位于坝顶坝轴线上，Ⅰ～Ⅱ、Ⅱ～Ⅲ 间平面距离分别为 63.5m 与 59.5m，Ⅳ 井布置在Ⅰ 下游侧 30m 右岸坡上
　　1.2　坝体渗流量　在坝上游面岸坡设水位尺测量库水位，用下游坝脚处专门建筑截水墙与量水堰观测坝体渗流量.
　　1.3　坝内渗流水面　在坝体上钻了5个坝内渗流水面观测孔，单孔最深 73.2m，孔分布于探井同一纵剖面，水位量测误差估计不超过1cm.
　　2　坝体结构特性的研究与分析
　　2.1　坝体土石料颗粒组成　探井试验段总计113段，每段出井土石料全部按粒径分级（或筛分）和称重，实测资料绘制的113条颗分曲线，其不均匀系数 Cu 与曲率系数 Ce的变化范围很大，不同探井或同一探井不同试验段颗分曲线的差异明显.图1为各井的平均颗分曲线与坝体（总平均）颗分曲线，可见其颗粒组成普遍偏粗，并呈现向下游增大的趋势.坝体粗粒与细料含量：各井 d＞1000mm 粗粒平均含量范围是3.20%～34.81%，平均为19.5%；细料d＜5mm 变化范围是11.44%～14.66%，平均值 13%.
　　2.2　土石料干密度　表1示出了各井土石料干密度与其他特性指标的平均值.由表1看出：各探井平均干密度比较接近，数理统计分析实测数据呈正态分布，有90%的试验段干密度在1.88～2.32t/m3 之间.干密度随探井深度的变化列于表2.由表2看出：表层干密度比其下两层的明显偏小，其孔隙率呈现相反的变化.
　　2.3　渗透系数　探井每挖深 3～5m 用单环注水法测定坝体渗透系数，共测得35组数据，实测结果见表3.由表3知：4个探井平均渗透系数值相差约2倍，但35组渗透系数变化范围为3.0×10-3～7.2×10-1cm/s，相差240倍，说明其透水性变化很大.
　　2.4　坝体与岸坡基岩的结合　Ⅳ# 探井深 23.07m～25.47m 处系坝体与岸坡基岩结合段.现场实测该段土石干密度2.26t/m3，d＜5mm细粒含量 24.05%，皆较坝体的平均值为高，未见架空现象，其结合状况良好，但发现岸坡基岩面渗水.
　　3　坝体渗透特性
　　3.1　降雨量W、库水位H与坝体渗流量Q的历时时程关系  图2示出了1993年度试验期间降雨量W、库水位H与坝体渗流量Q的历时过程线，可见库水主要源于降雨的地表径流、库水位与渗流量的时程有基本同步的变化趋势，渗流量主要源于库水.
　　3.2　不同的坝体水头h及渗流量Q的累计持续时间t（d）　表4给出了坝体不同水头和不同渗流量的累计持续时间 t（d），足见坝体高水头挡水持续时间相当长.
　　3.3　单宽坝体渗流量q的分析研究　1993年度试验实测坝体渗流量与相应的水头数据共127对，以此为基础进行单宽坝体渗流量的分析研究.首先根据己衣坝爆前坝址地形图，求得该坝坝轴线断面面积与坝高的关系（即坝体渗流过水断面面积与水头的关系）为：
　　（1）
　　式中：A——坝轴线坝体断面面积，m2；h——坝体水头，m；
　　用相等水头h的等效矩形断面棱柱河槽替代己衣坝轴线实际断面天然河槽，则等效矩形河槽宽B（m）为：