云南省柴石灘水庫大壩可行性論證階段定為定向爆破壩，而初步設計審定的卻是面板堆石壩，壩型改變的原因之一，是缺乏未做防滲體的爆破壩直接擋水（特別是高水頭）可靠性的工程實踐與經(jīng)驗.據(jù)此，作者選擇典型爆破壩、云南省己衣水庫大壩進行了直接擋水（特別是高水頭擋水）的實踐與原型觀測，為發(fā)展定向爆破筑壩技術提供科學依據(jù).己衣水庫大壩1978年5月采用定向爆破筑壩技術一次爆破筑成，平均堆積高度83.6m，最低馬鞍點高74.2m，爆后基本上未進行壩面整形與防滲處理.
1 原型觀測的主要內(nèi)容與途徑
1.1 壩體探井 在壩體上人工開挖4個試驗探井，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ順序布置在原順河向河槽縱剖面上，Ⅰ井位于壩頂壩軸線上，Ⅰ～Ⅱ、Ⅱ～Ⅲ 間平面距離分別為 63.5m 與 59.5m，Ⅳ 井布置在Ⅰ 下游側(cè) 30m 右岸坡上.
1.2 壩體滲流量 在壩上游面岸坡設水位尺測量庫水位，用下游壩腳處專門建筑截水墻與量水堰觀測壩體滲流量.
1.3 壩內(nèi)滲流水面 在壩體上鉆了5個壩內(nèi)滲流水面觀測孔，單孔最深 73.2m，孔分布于探井同一縱剖面，水位量測誤差估計不超過1cm.
2 壩體結(jié)構(gòu)特性的研究與分析
2.1 壩體土石料顆粒組成 探井試驗段總計113段，每段出井土石料全部按粒徑分級（或篩分）和稱重，實測資料繪制的113條顆分曲線，其不均勻系數(shù) Cu 與曲率系數(shù) Ce的變化范圍很大，不同探井或同一探井不同 試驗段顆分曲線的差異明顯.圖1為各井的平均顆分曲線與壩體（總平均）顆分曲線，可見其顆粒組成普遍偏粗，并呈現(xiàn)向下游增大的趨勢.壩體粗粒與細料含量：各井 d＞1000mm 粗粒平均含量范圍是3.20%～34.81%，平均為19.5%；細料d＜5mm 變化范圍是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與其他特性指標的平均值.由表1看出：各探井平均干密度比較接近，數(shù)理統(tǒng)計分析實測數(shù)據(jù)呈正態(tài)分布，有90%的試驗段干密度在1.88～2.32t/m3 之間.干密度隨探井深度的變化列于表2.由表2看出：表層干密度比其下兩層的明顯偏小，其孔隙率呈現(xiàn)相反的變化.
圖1 各探井平均顆分曲線與總平均（壩體）顆粒分曲
表1 各井土石料干密度及其他特征（平均值）
探井編號 試驗組數(shù) 密度ρ/(t/m) 混合含水量W/(%) 干密度ρd/(t/m) 孔隙率n/(%)
Ⅰ 33 2.27 3.79 2.19 22
Ⅱ 30 2.25 4.09 2.16 23
Ⅲ 26 2.24 3.86 2.16 24
Ⅳ 24 2.25 4.15 2.16 23
平均 (總計113) 2.25 3.97 2.17 23
2.3 滲透系數(shù) 探井每挖深 3～5m 用單環(huán)注水法測定壩體滲透系數(shù)，共測得35組數(shù)據(jù)，實測結(jié)果見表3.由表3知：4個探井平均滲透系數(shù)值相差約2倍，但35組滲透系數(shù)變化范圍為3.0×10-3～7.2×10-1cm/s，相差240倍，說明其透水性變化很大.
表2 分段統(tǒng)計各井的干密度ρd（t/m）與孔隙率n（%，括號內(nèi)數(shù)字）
井深/m Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 平均
0～10 2.12(25) 2.07(27) 2.07(27) 2.07(27) 2.08(26.5)
10～20 2.27(20) 2.21(22) 2.29(19) 2.22(21) 2.25(20.5)
20～30 2.20(22) 2.20(22) 2.10(26) 2.23(21) 2.18(22.8)
＞30 2.17(23)
表3 實測壩體滲透系數(shù)值
探井編號 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ
平均值測定組數(shù) 13 7 8 7 （總計35）
平均滲透系數(shù)K/×10-1（cm/s） 3.4 3.7 1.9 3.1 3.0
2.4 壩體與岸坡基巖的結(jié)合 Ⅳ# 探井深 23.07m～25.47m 處系壩體與岸坡基巖結(jié)合段.現(xiàn)場實測該段土石干密度2.26t/m3，d＜5mm細粒含量 24.05%，皆較壩體的平均值為高，未見架空現(xiàn)象，其結(jié)合狀況良好，但發(fā)現(xiàn)岸坡基巖面滲水.
3 壩體滲透特性
3.1 降雨量W、庫水位H與壩體滲流量Q的歷時時程關系 圖2示出了1993年度試驗期間降雨量W、庫水位H與壩體滲流量Q的歷時過程線，可見庫水主要源于降雨的地表徑流、庫水位與滲流量的時程有基本同步的變化趨勢，滲流量主要源于庫水.
3.2 不同的壩體水頭h及滲流量Q的累計持續(xù)時間t（d） 表4給出了壩體不同水頭和不同滲流量的累計持續(xù)時間 t（d），足見壩體高水頭擋水持續(xù)時間相當長.
圖2 降雨量W、庫水位H與壩體滲流量Q的歷時時程關系
表4 壩體不同水頭h、不同滲流量Q的持續(xù)時間t（d）
時 間 水頭h/m 不同滲流量Q/m/s≥65 ≥60 ≥50 ≥40 ≥3.0 ≥2.0 ≥1.0 ≥0.1 1991年度 8 48 90 195 38 79 189 1993年度 7 63 122 238 3 14 74 198
1 原型觀測的主要內(nèi)容與途徑
1.1 壩體探井 在壩體上人工開挖4個試驗探井，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ順序布置在原順河向河槽縱剖面上，Ⅰ井位于壩頂壩軸線上，Ⅰ～Ⅱ、Ⅱ～Ⅲ 間平面距離分別為 63.5m 與 59.5m，Ⅳ 井布置在Ⅰ 下游側(cè) 30m 右岸坡上.
1.2 壩體滲流量 在壩上游面岸坡設水位尺測量庫水位，用下游壩腳處專門建筑截水墻與量水堰觀測壩體滲流量.
1.3 壩內(nèi)滲流水面 在壩體上鉆了5個壩內(nèi)滲流水面觀測孔，單孔最深 73.2m，孔分布于探井同一縱剖面，水位量測誤差估計不超過1cm.
2 壩體結(jié)構(gòu)特性的研究與分析
2.1 壩體土石料顆粒組成 探井試驗段總計113段，每段出井土石料全部按粒徑分級（或篩分）和稱重，實測資料繪制的113條顆分曲線，其不均勻系數(shù) Cu 與曲率系數(shù) Ce的變化范圍很大，不同探井或同一探井不同 試驗段顆分曲線的差異明顯.圖1為各井的平均顆分曲線與壩體（總平均）顆分曲線，可見其顆粒組成普遍偏粗，并呈現(xiàn)向下游增大的趨勢.壩體粗粒與細料含量：各井 d＞1000mm 粗粒平均含量范圍是3.20%～34.81%，平均為19.5%；細料d＜5mm 變化范圍是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與其他特性指標的平均值.由表1看出：各探井平均干密度比較接近，數(shù)理統(tǒng)計分析實測數(shù)據(jù)呈正態(tài)分布，有90%的試驗段干密度在1.88～2.32t/m3 之間.干密度隨探井深度的變化列于表2.由表2看出：表層干密度比其下兩層的明顯偏小，其孔隙率呈現(xiàn)相反的變化.
圖1 各探井平均顆分曲線與總平均（壩體）顆粒分曲
表1 各井土石料干密度及其他特征（平均值）
探井編號 試驗組數(shù) 密度ρ/(t/m) 混合含水量W/(%) 干密度ρd/(t/m) 孔隙率n/(%)
Ⅰ 33 2.27 3.79 2.19 22
Ⅱ 30 2.25 4.09 2.16 23
Ⅲ 26 2.24 3.86 2.16 24
Ⅳ 24 2.25 4.15 2.16 23
平均 (總計113) 2.25 3.97 2.17 23
2.3 滲透系數(shù) 探井每挖深 3～5m 用單環(huán)注水法測定壩體滲透系數(shù)，共測得35組數(shù)據(jù)，實測結(jié)果見表3.由表3知：4個探井平均滲透系數(shù)值相差約2倍，但35組滲透系數(shù)變化范圍為3.0×10-3～7.2×10-1cm/s，相差240倍，說明其透水性變化很大.
表2 分段統(tǒng)計各井的干密度ρd（t/m）與孔隙率n（%，括號內(nèi)數(shù)字）
井深/m Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 平均
0～10 2.12(25) 2.07(27) 2.07(27) 2.07(27) 2.08(26.5)
10～20 2.27(20) 2.21(22) 2.29(19) 2.22(21) 2.25(20.5)
20～30 2.20(22) 2.20(22) 2.10(26) 2.23(21) 2.18(22.8)
＞30 2.17(23)
表3 實測壩體滲透系數(shù)值
探井編號 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ
平均值測定組數(shù) 13 7 8 7 （總計35）
平均滲透系數(shù)K/×10-1（cm/s） 3.4 3.7 1.9 3.1 3.0
2.4 壩體與岸坡基巖的結(jié)合 Ⅳ# 探井深 23.07m～25.47m 處系壩體與岸坡基巖結(jié)合段.現(xiàn)場實測該段土石干密度2.26t/m3，d＜5mm細粒含量 24.05%，皆較壩體的平均值為高，未見架空現(xiàn)象，其結(jié)合狀況良好，但發(fā)現(xiàn)岸坡基巖面滲水.
3 壩體滲透特性
3.1 降雨量W、庫水位H與壩體滲流量Q的歷時時程關系 圖2示出了1993年度試驗期間降雨量W、庫水位H與壩體滲流量Q的歷時過程線，可見庫水主要源于降雨的地表徑流、庫水位與滲流量的時程有基本同步的變化趨勢，滲流量主要源于庫水.
3.2 不同的壩體水頭h及滲流量Q的累計持續(xù)時間t（d） 表4給出了壩體不同水頭和不同滲流量的累計持續(xù)時間 t（d），足見壩體高水頭擋水持續(xù)時間相當長.
圖2 降雨量W、庫水位H與壩體滲流量Q的歷時時程關系
表4 壩體不同水頭h、不同滲流量Q的持續(xù)時間t（d）
時 間 水頭h/m 不同滲流量Q/m/s≥65 ≥60 ≥50 ≥40 ≥3.0 ≥2.0 ≥1.0 ≥0.1 1991年度 8 48 90 195 38 79 189 1993年度 7 63 122 238 3 14 74 198