利用改性砒砂岩修筑淤地坝研究.pdf

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1、第38卷第6期人民黄河Vo1．38．No．62016年6月YELL0WRIVERJun．．20l6【专题研究】利用改性砒砂岩修筑淤地坝研究杨大令，张婷婷，韩俊南一，董晶亮，李长明；王立久’(1．大连理工大学土木工程学院，辽宁大连116024；2．水利部黄土高原水土流失过程与控制重点实验室大连理工大学材料工程研究中心，辽宁大连116024)摘要：为解决砒砂岩区缺乏修建淤地坝等水土保持工程建筑材料的问题，基于砒砂岩遇水易渍散、力学性能差的岩性机理，成功开发了砒砂岩改性材料，并修建了淤地坝示范工程。结果表明，砒砂岩遇水膨胀渍散的主要原因是其岩石成分中含有大量的易膨胀渍散的亲水性蒙脱石，通过在

2、砒砂岩中添加抑制蒙脱石膨胀的改性剂、胶凝抑制剂以后，能明显降低其膨胀性，同时其力学强度可得到显著改善；在内蒙古鄂尔多斯砒砂岩地区开展了利用砒砂岩改性材料修筑淤地坝的示范工程建设，根据现场检测和实验室测试，改性材料的力学性能得到了大幅提高，可以满足修建淤地坝的要求。同时，提出了砒砂岩改性及淤地坝施工的技术要求与方式。关键词：淤地坝；膨胀抑制剂；改性材料；砒砂岩；黄土高原中图分类号：P313．1文献标志码：Adoi：10．3969／j．issn．1000—1379．2016．06．O11黄河砒砂岩主要分布在内蒙古、山西和陕西三省成扩散的双电层，在双电层影响下，会发生晶层膨胀和(区)交界地区

3、，是一种风化较为严重的泥质砂岩¨j。长程膨胀，使其具有遇水发生强烈溃散的特性。因此，因岩体内氧化铁含量不同，故呈现出灰黄、灰白、紫红人为增大蒙脱石晶层表面的电荷密度，就有可能增强等多种颜色。砒砂岩干燥时具有一定强度，但岩体整晶层间的引力，达到抑制蒙脱石膨胀的目的。通过大体结构较差、孔隙大，颗粒间胶结物质化学性质较活量筛选试验研究，综合材料造价、力学性能要求以及当泼，抗风化能力弱，遇水后易丧失胶结能力，溃散成地实际情况等多种因素，水玻璃和生石灰可以作为有砂J，故砒砂岩区水土流失极为严重，尽管砒砂岩区效抑制蒙脱石膨胀的添加剂。的面积仅占黄土高原面积的2．6％，但其产沙量占到黄另外，由于砒砂

4、岩颗粒是单纯依靠亲水性黏土和土高原地区输入黄河泥沙总量的30％左右J。相关颗粒摩擦力结合在一起的，因此粒间胶结能力、结构强研究表明，修建淤地坝是治理黄土高原水土流失度非常低，用于坝体材料的稳定性差。为了增强砒砂的有效途径。但是，由于砒砂岩具有抗压强度低和遇岩结构强度，需要向砒砂岩中加入胶结材料，以满足淤水膨胀溃散的特点，无法满足淤地坝建设对材料性能地坝对改性砒砂岩材料强度和耐水性能的要求。为的要求，因此砒砂岩无法直接应用于当地淤地坝的建此，在添加抑胀剂的同时，还需要向砒砂岩基体中加入设，从而制约了该地区水土流失治理与生态修复的实一定量的胶凝材料，以增大砒砂岩自身的结构强度，达施与持续发

5、展。因此，开展砒砂岩改性技术研究，对于到提高砒砂岩强度及其耐水性能的目的。通过添加胶解决当地淤地坝建设的材料匮乏问题不仅具有紧迫凝剂，既可以为砒砂岩提供一个碱性坏境，又可以进一性，而且具有很大的科学价值。步制约砒砂岩的膨胀，达到良好的改性目的。在“十二五”国家科技支撑计划项目资助下，笔者2示范工程概况及基本参数通过分析砒砂岩岩性组成，揭示了砒砂岩易膨胀、颗粒胶结能力低的机理，研发了砒砂岩改性筑坝技术，并在砒砂岩改性淤地坝建设地点为二老虎沟小流域。内蒙古鄂尔多斯二老虎沟小流域建立了改性砒砂岩筑该小流域为盖土砒砂岩区，坡顶覆盖有O．3～1．0in厚坝示范工程，以期为砒砂岩区水土流失治理提供

6、技术的黄土，坡面、沟坡绝大部分为裸露的砒砂岩，修建淤支撑。地坝的建筑材料极度缺乏。改l生材料淤地坝由坝体和放水工程组成，坝高1砒砂岩改性机理收稿Et期：2016—03—22析。，!比妻．质蓄界’1目芝人2013BA教C0授5B0，3研)o究，发现造成砒砂岩遇水膨胀溃散的原因是砒砂岩中方向为高芬子建筑。藉料。～一一～”⋯含有大量的亲水性蒙脱石。蒙脱石遇水在晶层表面形E—mai：dlyang@dlut．edu舢人民黄河2016年第6期10．03131，控制流域面积为0．31km，滞洪库容为2．82万引发新的水土流失。m。，总库容为3．26万m，拦泥库容为O．44万m，设计淤(3)坝基铺土。

7、坝体填筑土料要求坝基表面含水积年限为10a，工程设计洪水标准为20a一遇，校核洪水量控制在设计要求范围内。填筑的土料要求均质，土标准为50a一遇。工程总土方量O．75万In。料含水量为15％～18％。沿坝轴线方向铺土，人工夯淤地坝放水工程采用分级涵(卧)管，纵坡为实铺土厚度应不超过0．30m，机械履带碾压铺土厚度1：2，台阶高0．4m，最低放水孔高程为1174．30m，最为0．20～0．25nl，羊角碾碾压铺土厚度为0．20～高放水孔高程为11