CN113139298A - 冰水堆积细粒防渗土料超径块碎石含量的评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了冰水堆积细粒防渗土料超径块碎石含量的评价方法，包括以下步骤：S1、确定超径指标H；S2、基于细粒土成因及块碎石分布的空间特点，对土料场进行初步质量分区；S3、确定各个区域中的n个勘探点的单点块碎石含量；S4、基于全断面颗分试验，获得单点块碎石含量a的修正系数β；S5、复核土料场质量分区，确定各质量小区的最终边界；S6、采用网格角点法分别计算各网格的单点块碎石含量，进而得到各区域的块碎石含量；S7、基于室内物性试验获得超径块碎石的密度ρ₁和已剔除超径块碎石土料的密度ρ₂；计算各个区域的超径块碎石含量(质量百分比)。本发明解决了现有计算细粒土防渗土料超径块碎石含量方式导致准确度较差的问题。

Description

冰水堆积细粒防渗土料超径块碎石含量的评价方法

技术领域

本发明涉及地质勘察技术领域，具体涉及冰水堆积细粒防渗土料超径块碎石含量的评价方法。

背景技术

砾石土心墙堆石坝作为一种常见的当地材料坝，技术成熟，在我国已建及在建的大型水电工程中被广泛使用，譬如，目前在我国藏区投资规模最大的两河口水电站以及在建的世界第一高心墙堆石坝。目前超高心墙堆石坝的高度已达300m量级，防渗土料的性能研究为其关键工程技术问题。此外，防渗土料所在的自然斜坡多为居民聚合地及肥沃的农田，高原峡谷地区土地资源极为宝贵，国家对于相关土地的征用政策也极为严格。因此，对于细粒防渗土料储量勘察需有精确的评价方法，既能满足行业规范的需要，又能满足工程施工可靠性的需求。

在我国川西北高原地带，峡谷高陡，两岸斜坡上多见冰水堆积的细粒土，由于外动力地质作用，细粒土堆积过程中，坡面上部块碎石受坡面流多次搬运等影响，在细粒土中夹杂了含量不等的块碎石，且空间上呈现随机分布的特点，形成冰水积、坡积混杂堆积物。防渗土料的储量计算需剔除不满足设计要求的超径块碎石，其含量对于储量的影响较大，需对其进行精确的勘察及采取科学的系统方法，方能满足工程建设的需要。

目前，细粒土防渗土料的勘察评价有一套完整系统的成熟方法，但是对于其中的超径块碎石含量的评价方法规范中没有，现实生产中由勘察人员根据自身的认识进行计算，多采用地表地质调查及地质素描，对单井进行简单的统计而得到超径块碎石的含量，缺少系统、全面、精确的评价方法，其结果往往与开挖后的实际储量相差较大。

发明内容

本发明的目的在于提供冰水堆积细粒防渗土料超径块碎石含量的评价方法，解决现有计算细粒土防渗土料超径块碎石含量方式导致准确度较差的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

冰水堆积细粒防渗土料超径块碎石含量的评价方法，包括以下步骤：

S1、基于设计要求及现场施工条件确定超径指标H，单位为cm；

S2、基于细粒土成因及块碎石分布的空间特点，对土料场进行初步质量分区处理获得N个区域，N为大于等于2的正整数；

S3、基于超径指标H，根据四壁投影法和钻孔线密度法分别确定各个区域中的n个勘探点的单点块碎石含量a_n，n＝1,2,3,......；

S4、在各个区域中，分别选取具有代表意义的浅井，基于全断面颗分试验，获得单点块碎石含量a的修正系数β，修正后的单点块碎石含量A_n＝β*a_n；

S5、基于计算的n个勘探点修正后的单点块碎石含量A_n复核土料场的质量分区，确定各个区域最终边界，分别确定各个区域的面积S_i区，i＝Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ,......；

S6、采用网格角点法分别计算各个区域的总的单点块碎石含量A_i区：

土料场勘探线形成了网格状结构，将勘探点作为网格的角点计算网格的单点块碎石含量，对网格的单点块碎石含量进行求和处理获得各个区域的总的单点块碎石含量A_i区；A_i区为面积百分比；

S7、基于室内物性试验获得超径块碎石的密度ρ₁和已剔除超径块碎石土料的密度ρ₂；基于A_i区、密度ρ₁和密度ρ₂；计算各个区域的超径块碎石含量M_i区；M_i区为质量百分比。

本发明所述的冰水堆积：冰川消融时冰下径流和冰川前缘水流的堆积物；它们大多数是原有冰碛物，经过冰融水的再搬运、再堆积而成；细粒土防渗土料：试样中细粒组含量不小于50％的土；超径块碎石：有用层中块(碎)粒径大于设计要求，在施工过程中需要剔除的块(碎)石。

本发明通过勘察过程中井(坑)探、钻孔、地表地质测绘等不同的调查方法，辅以室内试验；根据土料场分区特点采取面积加权的方法进行统计，进行多维度统计，真实反映超径块碎石复杂的空间展布特点；超径块碎石含量的取值研究，综合判断地质统计值与实验值，能够精确的计算出超径块碎石的含量，为工程顺利实施提供可靠的地勘资料。

进一步地，步骤S1中，所述设计要求包括土料勘察技术要求和防渗土料最大粒径设计要求。

进一步地，现场施工条件包括料场超径块碎石的分布特征、含量、组成物质和风化程度。

进一步地，勘探点包括钻孔、浅井、探坑和探槽，其中，所述探槽、浅井和探坑的单点块碎石含量采用四壁投影法确定；钻孔的单点块碎石含量采用钻孔线密度法确定。

进一步地，四壁投影法确定的过程如下：

勘探浅井、探坑、探槽的地质编录采用面积投影法，对其四壁采取数字化摄影，通过矢量化技术得到有用层中超径块碎石的四壁展开素描图，通过累加每个超径块碎石的面积后得到各个勘探点的单点块碎石含量。

进一步地，钻孔线密度法确定的过程如下：

测量钻孔中的单块粒径，当单块粒径大于1/3H确定为超径块碎石，均列入统计得到单点块碎石含量。

进一步地，修正系数β的具体获得过程如下：

分别在各个区域选取具有代表意义的浅井，对该浅井进行全断面颗分试验，得到单点超径块碎石含量实验值a＇，通过多点得到试验修正系数β。

进一步地，各个区域的总的单点块碎石含量A_i区的计算模型如下：

A_i区＝A₁*S₁/S_i区+A₂*S₂/S_i区+.......+A_n*S_n/S_i区，i＝Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ,......。

进一步地，各个区域的超径块碎石含量M_i区的计算模型如下：

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明能够准确计算细粒防渗土料超径块碎石含量，确保防渗土料料源储量的可靠性。经工程实践检验完全适用于高陡斜坡冰水成因细粒防渗土料超径块碎石勘察评价。

2、本发明提出了一套关于细粒防渗土料超径块碎石的勘察计算方法，填补了在超径块碎石领域勘察计算的空白。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的四壁投影法简图；

图2为本发明的网格角点法简图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

冰水堆积细粒防渗土料超径块碎石含量的评价方法，包括以下步骤：

S1、根据土料勘察技术要求，以及防渗土料最大粒径设计要求，结合现场施工工艺等因素，在料场初勘的基础上，初步查明料场超径块碎石的分布特征、含量、组成物质、风化程度等，综合设计要求及现场施工条件等综合确定超径指标H(cm)；

S2、通过地表地质调查及初步勘探成果，根据细粒土成因及块碎石分布的空间特点，对土料场进行基于超径碎石含量指标的质量分区，获得N个区域，N为大于等于2的正整数；例如：川西北高陡斜坡冰水成因细粒防渗土料场一般可分为Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区，各区超径块碎石含量不同外，超径块碎石的分布特征也具有不同特征如表1所示；

注：表中超径块碎石含量为估算值，主要依据地表调查及初步勘探资料。

S3、基于超径指标H，根据四壁投影法和钻孔线密度法分别确定各个区域中的n个勘探点的单点块碎石含量a_n，n＝1,2,3,......；

所述勘探点包括钻孔、浅井、探坑和探槽，其中，所述探槽、浅井和探坑的单点块碎石含量采用四壁投影法确定；钻孔的单点块碎石含量采用钻孔线密度法确定：

四壁投影法确定的过程如下：

勘探浅井、探坑、探槽的地质编录采用面积投影法，对其四壁采取数字化摄影，通过矢量化技术得到有用层中超径块碎石的四壁展开素描图，如图1所示，通过累加每个超径块碎石的面积后得到各个勘探点的单点块碎石含量；

钻孔线密度法确定的过程如下：

钻孔在土料场勘探中主要为查明有用层深度，钻孔岩芯由于块碎石的天然分布形态，超径块碎石岩芯长度通常较超径长度H小，因此采用线密度法时，需考虑块碎石长、短轴的关系，结合相关工程经验，单块粒径大于1/3H的可判定为超径，均列入统计得到单点块碎石含量；

S4、在各个区域中，分别选取具有代表意义的浅井，基于全断面颗分试验，得到单点超径块碎石含量实验值a＇；通过多点可得到试验修正系数β。即参与统计的单点块碎石含量为A_n＝β*a_n；

S5、基于计算的n个勘探点修正后的单点块碎石含量A_n复核土料场的质量分区，确定各个区域最终边界，分别确定各个区域的面积S_i区，i＝Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ,......；

S6、采用网格角点法分别计算各个区域的总的单点块碎石含量A_i区：

土料场勘探线形成了网格状结构，将勘探点作为网格的角点计算网格的单点块碎石含量，对网格的单点块碎石含量进行求和处理获得各个区域的总的单点块碎石含量A_i区；如图2所示，A_i区为面积百分比，网格一般为长方形或近正方形，靠边界处的网格为不规则的三角形或为不规则的多边形；一般情况下，各网格点均有勘探控制，少量不规则网格则局部可缺失一二，单独网格的单点块碎石含量为实际有勘探控制的网格角点的算术平均值；

A_i区的计算模型如下：

A_i区＝A₁*S₁/S_i区+A₂*S₂/S_i区+.......+A_n*S_n/S_i区，i＝Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ,......；

S7、S7、基于室内物性试验获得超径块碎石的密度ρ₁和已剔除超径块碎石土料的密度ρ₂；基于A_i区、密度ρ₁和密度ρ₂；计算各个区域的超径块碎石含量M_i区；M_i区为质量百分比；各个区域的超径块碎石含量M_i区的计算模型如下：

在实施例中，采用以下实例进行说明：

本实施例所述评价方法已应用于四川省大渡河流域双江口土料场技施阶段复核勘察中。双江口水库为大渡河干流上游控制性水库，电站枢纽工程主要由砾石土心墙堆石坝，右岸洞式溢洪道、深孔泄洪洞、放空洞，左岸竖井泄洪洞，左岸地下引水发电系统等建筑物组成。砾石土心墙堆石坝最大坝高312m，选取的防渗土料场由粉质黏土组成，夹有不同含量的超径块碎石，前期设计中推荐的土料场较多，由于征地移民及环境保护的限制，可研阶段推荐的料场总体来说料源偏紧，因此为保障大坝填筑工作顺利推进，在技施阶段对主要的土料场——当卡土料场进行了复核勘察。料源储量是参建各方最为关心的问题，而对于有用层中超径块碎石含量的空间展布特征及含量成为土料储量计算中比较关键的问题。

通过全料场无人机航拍工作、现场工程地质测绘、浅井和钻孔等勘探点地质资料收集、防渗土料试验资料整理等的基础上，根据勘察规范要求、设计填筑要求及现场施工技术等，综合考虑超径块碎石的超径粒径为150mm，并对料场进行了基于超径块碎石的质量分区。

通过应用本发明建立的对于细粒土超径块碎石的系统评价体系，对于浅井采用四壁素描发，对于钻孔采用线密度统计法，并根据试验数据得到修正后的单点值，再通过网格角点法得到最终的块碎石含量值。最终成果表明，超径块碎石含量Ⅰ区为3％，Ⅱ区为15％。

考虑剔除块碎石后，复勘阶段有用层储量较招标阶段少87.1万m³，剥离量多7.4万m³。

由于勘察计算成果精确，明确了现阶段防渗土料场的料源总体偏紧，为技施阶段备选料场的启用及勘察提供了有力支撑，确保了工程建设期间大坝填筑工作的顺利有序进行。

以上案例说明，本发明方法，在高陡斜坡冰水成因的细粒防渗土料勘察中，可准确查明并计算出超径块碎石含量，该套评价体系对于细粒土料超径块碎石的勘察评价非常适用。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.冰水堆积细粒防渗土料超径块碎石含量的评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、基于设计要求及现场施工条件确定超径指标H，单位为cm；

S2、基于细粒土成因及块碎石分布的空间特点，对土料场进行初步质量分区处理获得N个区域，N为大于等于2的正整数；

S3、基于超径指标H，根据四壁投影法和钻孔线密度法分别确定各个区域中的n个勘探点的单点块碎石含量a_n，n＝1,2,3,......；

S4、在各个区域中，分别选取具有代表意义的浅井，基于全断面颗分试验，获得单点块碎石含量a的修正系数β，修正后的单点块碎石含量A_n＝β*a_n；

S5、基于计算的n个勘探点修正后的单点块碎石含量A_n复核土料场的质量分区，确定各个区域最终边界，分别确定各个区域的面积S_i区，i＝Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ,......；

S6、采用网格角点法分别计算各个区域的总的单点块碎石含量A_i区：

土料场勘探线形成了网格状结构，将勘探点作为网格的角点计算网格的单点块碎石含量，对网格的单点块碎石含量进行求和处理获得各个区域的总的单点块碎石含量A_i区；A_i区为面积百分比；

S7、基于室内物性试验获得超径块碎石的密度ρ₁和已剔除超径块碎石土料的密度ρ₂；基于A_i区、密度ρ₁和密度ρ₂；计算各个区域的超径块碎石含量M_i区；M_i区为质量百分比。

2.根据权利要求1所述的冰水堆积细粒防渗土料超径块碎石含量的评价方法，步骤S1中，所述设计要求包括土料勘察技术要求和防渗土料最大粒径设计要求。

3.根据权利要求1所述的冰水堆积细粒防渗土料超径块碎石含量的评价方法，步骤S1中，所述现场施工条件包括料场超径块碎石的分布特征、含量、组成物质和风化程度。

4.根据权利要求1所述的冰水堆积细粒防渗土料超径块碎石含量的评价方法，所述勘探点包括钻孔、浅井、探坑和探槽，其中，所述探槽、浅井和探坑的单点块碎石含量采用四壁投影法确定；钻孔的单点块碎石含量采用钻孔线密度法确定。

5.根据权利要求1所述的冰水堆积细粒防渗土料超径块碎石含量的评价方法，四壁投影法确定的过程如下：

勘探浅井、探坑、探槽的地质编录采用面积投影法，对其四壁采取数字化摄影，通过矢量化技术得到有用层中超径块碎石的四壁展开素描图，通过累加每个超径块碎石的面积后得到各个勘探点的单点块碎石含量。

6.根据权利要求1所述的冰水堆积细粒防渗土料超径块碎石含量的评价方法，钻孔线密度法确定的过程如下：

测量钻孔中的单块粒径，当单块粒径大于1/3H确定为超径块碎石，均列入统计得到单点块碎石含量。

7.根据权利要求1所述的冰水堆积细粒防渗土料超径块碎石含量的评价方法，修正系数β的具体获得过程如下：

分别在各个区域选取具有代表意义的浅井，对该浅井进行全断面颗分试验，得到单点超径块碎石含量实验值a＇，通过多点得到试验修正系数β。

8.根据权利要求1所述的冰水堆积细粒防渗土料超径块碎石含量的评价方法，各个区域的总的单点块碎石含量A_i区的计算模型如下：

A_i区＝A₁*S₁/S_i区+A₂*S₂/S_i区+.......+A_n*S_n/S_i区，i＝Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ,......。

9.根据权利要求8所述的冰水堆积细粒防渗土料超径块碎石含量的评价方法，各个区域的超径块碎石含量M_i区的计算模型如下：

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