面板堆石坝坝料力学性质试验研究

宜兴抽水蓄能电站初步设计为面板堆石坝。进行室内试验，研究堆石料的物理力学性质与级配，密度，泥岩含量的关系。试验结果表明，堆石料的最大干密度需用振动台试验获得，压实堆石料具有强透水性，低压缩性，破坏应变低，抗剪强度高，各料场级配石料均能够作为面板堆石坝的筑坝材料。在进行了不同级配和泥岩含量的堆石料试验基础上，统计分析了各力学参数与泥岩含量的关系。     

堆石料干密度缩尺效应与制样标准研究

针对已有相对密度试验成果仅限于室内试验的现状,采用某工程花岗岩堆石料,首次进行现场大尺寸密度桶试验,研究不同缩尺方法对干密度试验结果的影响,研究干密度缩尺效应对于室内缩尺试验的制样标准以及现场压实质量评价的影响。结果表明:(1)由于缩尺后级配的截尾误差、颗粒形状差异等因素,即使采用相似级配法缩尺,堆石料干密度也随着最大粒径的增大而增大,仍然存在一定的缩尺效应;但当最大粒径达到300mm以上时,这种缩尺效应显著减小;(2)最大粒径不同的各组级配堆石料干密度测量值均存在极大值,对应的临界分形维数与级配的最大粒径无关;(3)目前普遍使用的混合缩尺方法,降低了原级配堆石料的粒度分形维数,劣化了颗粒之间的充填关系,导致同一相对密度条件下的干密度比相似级配法的试验结果更明显偏离现场,难以合理反映原级配堆石料的物理力学性质;(4)采用与现场碾压堆石体相同的相对密度标准制样,比直接采用现场填筑干密度制样,其室内压缩试验得到的压缩模量降低90%～220%;不考虑干密度缩尺效应的室内试验结果,大大高估了现场碾压堆石体的力学性质;(5)采用室内试验结果直接计算现场原级配堆石体的相对密度,高估了堆石体的压实程度,甚至可能出现相对密度大于1的问题。     

大粒径粗粒土相对密度试验方法研究与应用

结合拉哇特高面板坝堆石料的设计填筑级配,采用数值试验和现场试验手段,研究了影响大型密度桶试验精度的主要因素,提出了堆石料的孔隙率和相对密度双控填筑指标,并结合碾压试验成果验证其适用性。结果表明：(1)对于难以充分拌匀的大粒径粗粒土现场密度桶试验,采用人工分层装样方式,可有效减小试验结果的离散性。(2)密度桶尺寸的选择对试验结果影响较大,过大的尺寸带来较高的试验成本,甚至难以实施,过小的尺寸会带来明显的容器边界尺寸效应。综合现场实际情况,密度桶试验尺寸满足最小径径比和高径比分别在4.0,2.0左右时,试验结果的尺寸效应相对较小。(3)随着最大粒径的增加,密度桶试验的极值干密度均呈现增加的趋势,但当最大粒径达到300～400mm以后,极值干密度基本稳定,试验结果可以作为压实设计和填筑质量控制的依据。(4)试验得到拉哇角闪片岩堆石料的双控填筑指标为：孔隙率不高于19%时相对密度不低于0.73。采用32 t振动碾振动碾压12遍,即可满足要求。(5)采用水平分层碾压的大粒径粗粒土,适当提高压实层厚度与最大粒径的比值,可以取得更佳的压实效率。堆石料取松铺层厚1.0 m左右、最大粒径400～600 ...     

堆石体的填筑标准与级配优化研究

基于分形理论,进行了大量堆石料室内相对密度试验、压缩试验以及三轴试验,对堆石料级配与干密度、压缩模量、破坏强度、颗粒破碎等工程特性之间的关系进行了深入研究。结果表明:(1)级配对堆石料的物理力学性质影响明显,且随着试验应力的增加,其差异性越来越大。如粒度分形维数D在2.22~2.63的良好级配范围内,制样相对密度取1.0时,堆石料干密度在2.026~2.311 g/cm~3之间,相差14%;在3.2~6.4 MPa压力范围内的压缩模量相差2.47倍;制样相对密度取0.8时,在1.6 MPa围压时的三轴试验破坏剪应力相差23%。(2)相同相对密度条件下,随着粒度分形维数的增加,堆石料的极值干密度或孔隙率、压缩模量、破坏应力均表现为先增大、后减小的规律,在D=2.56~2.62附近均存在极值点,对应P5含量在35%左右,细粒含量过多时的"砂化"现象,导致颗粒骨架效应减弱,堆石的工程性质劣化,极值点对应的临界分形维数控制堆石料的工程性质。(3)堆石料的粒度分形维数与颗粒破碎之间存在良好的规律,即粒度分形维数越高,颗粒破碎越小,可通过级配优化设计控制堆石料的颗粒破碎。(4)基于堆石体的孔隙率可描述为粒度分形维数和相对密度的函数,首次提出了基于变形控制的孔隙率和相对密度双控指标,作为高坝堆石体的填筑标准,并结合如美300 m级堆石坝,提出了堆石料级配优化确定的方法。     

仁宗海水库坝体堆石料现场碾压试验分析

对堆石坝而言，堆石料的干密度是影响坝体变形的主要因素，也是大坝填筑的主要控制指标。本文通过主要填筑料的碾压试验，为仁宗海水库大坝确定了合理的坝体堆石体的填筑密度，并推荐了合适的碾压施工参数。为大坝设计提供了参考依据。     

正交–等值线法在堆石料细观参数标定中的应用

针对堆石料离散元模型细观参数标定过程中计算量大的现状,以堆石料室内三轴排水剪切试验为对象,采用正交试验与等值线法相结合的方法,在优化细观参数取值范围和分析宏观响应对细观参数敏感性基础上快速确定了堆石料细观参数。结果表明,多次正交试验可以较快的缩小细观参数取值范围;综合利用正交试验和等值线法的优势能快速标定堆石料离散元模型的细观参数。该方法也为其它材料离散元模型标定细观参数提供了新的手段和思路。     

山区高速公路填石路堤现场压实质量检测方法

以南方某高速公路填石路堤为例,分析比较了击实法和振动台法确定填石料室内最大干密度;用水袋法对现场填石料密度进行了测定,并以此为基础推算原级配填石料的最大干密度,探讨了山区高速公路填石路堤压实检测方法,提出了以压实度作为控制标准的压实检测方法,并在现场铺筑试验路段加以验证。     

基于分形理论的堆石料级配设计方法

根据分形理论,推导了堆石料级配的分形分布公式。利用6座心墙坝和5座200 m级面板坝工程的现场级配检测资料进行验证,相关系数基本在0.95以上,吻合较好;相对于不均匀系数Cu和曲率系数C_c指标,粒度分形维数可以更客观地反映堆石料填筑级配平均特性;对英安岩、凝灰岩和混合岩等不同母岩特性的缩尺堆石料进行了室内干密度试验研究,同时结合水布垭等4座大坝原级配堆石料的检测资料,研究了级配(粒度分形维数)与压实干密度的关系,认为级配是影响堆石料压实性能的主要因素;利用粗粒土级配的Cu,C_c与分形维数的关系,首次提出了堆石料、过渡料等大粒径筑坝材料的良好级配范围,其粒度分形维数在2.22~2.63之间。研究结论可为堆石料的级配设计与优化提供依据。     

缩尺效应对粗粒料压实密度影响的试验研究

堆石料的级配缩尺后的试验替代料与原级配料的试验结果之间存在一定的差异,弄清这种差异对准确把握原级配堆石料的力学性质十分重要。将缩尺效应归结为最大粒径和级配结构两部分变化产生的影响。利用土的连续级配方程结合相似级配法缩尺的思路,设计了大量最大粒径分别为20,40和60 mm的试验级配。对各级配粗粒料进行了表面振动压实试验,研究了最大粒径和级配结构对粗粒料压实密度的影响。最大粒径和级配结构对粗粒料压实密度的影响可以用一定的函数形式定量表述,建立了考虑缩尺效应的粗粒料压实密度的预测模型,探讨了该模型对不同性质粗粒料的适用性,并用多组室内最大干密度试验数据进行了验证。此外,提出了一种能够定量研究粗粒料缩尺效应的思路。     

堆石料剪切强度与变形的尺寸效应模拟

堆石料尺寸效应的研究对准确预测土石坝的强度与变形至关重要。但是受室内试验条件的限制,能反映原型足尺级配料试样特征的三轴试验难以开展。通过对10~40 mm粒径范围内的古水玄武岩颗粒进行单粒强度试验,分析了单粒强度的尺寸效应,采用离散元方法对室内三轴试验的强度和变形进行模拟,结果表明采用的模拟方法可以很好地重现室内缩尺级配料的特性。运用相似级配法将模拟的缩尺级配扩展到原型足尺级配料级配,对原型足尺级配料试样的偏应力、体变和轴向应变关系进行模拟预测,同时整理了不同尺寸试样的强度参数。研究成果为由室内缩尺试验参数推演原型足尺级配料试样的强度及变形参数提供了一种可能。     

堆石料缩尺效应的细观机制研究

堆石料的缩尺效应是客观存在的,受众多因素的影响,不同学者的试验结果均不相同甚至规律相反。采用考虑颗粒破碎效应的随机颗粒不连续变形方法,探讨堆石料缩尺效应的细观机制,试图解释试验成果出现差异的原因。主要研究压实度控制标准和颗粒自身性质对缩尺效应的影响,模拟结果表明：颗粒形状和级配对堆石料的压实性能有很大的影响,因此采用相对密度控制的缩尺级配料的密实度其强度差异较小;最大粒径越大,堆石料的不均匀系数越大,颗粒间的咬合作用越强烈,导致堆石料的初始切线模量也增大;而堆石料强度的缩尺效应与缩尺方法、压实度控制标准和颗粒自身性质等因素有关,其细观机制在于颗粒的剪胀、破碎和重排列受上述因素的影响而产生此消彼长或者此长彼消的复杂关系,其最终结果取决于何种因素占据主导地位;并试图提出一个通用的缩尺效应模型描述缩尺级配料的力学特性变化规律,外推原型级配料的力学参数不太可能,只能针对特定堆石料展开研究。     

连续分布的粗粒土级配方程与压实性能

以Morgan等人提出的生长曲线为基础,提出了可反映粗粒土"S型"以及"上凸型"颗粒分布的2参数级配方程及参数取值范围;当形状参数a趋向无穷大时,则级配方程转化为分形分布公式。在此基础上,提出了采用相对密度试验手段确定最优压实性能级配的方法。建议级配方程对于长河坝、大石峡、两河口等高坝的填筑级配,具有很好的适用性。利用所得研究成果,对大石峡砂砾料进行室内相对密度试验,结果表明:①对于最大粒径60 mm的不同分布规律的粗粒土而言,随着级配参数的变化,其最大、最小干密度均存在极值点或拐点,且对应的临界P5值都在35%附近。②临界P5值对应粗粒土的极优压实性能级配;颗粒级配越接近分形分布,压实性能越好,临界P5值对应的分形分布级配,即为最优压实性能级配。接近分形分布的长河坝堆石料,较低的现场压实参数却获得了较高的填筑干密度,也佐证了这一结论的合理性。③利用临界分形维数的尺度无关性,可以方便地将室内最优压实性能级配的研究成果推广至现场不同最大粒径的工程级配。结论可用于粗粒土的级配设计以及压实性能评价。     

Particle breakage of granular materials during sample preparation

Particle breakage is commonly observed in granular materials when subjected to external loads. It was found that particle breakage would occur during both sample preparation and loading stages. However, main attention was usually paid to the particle breakage behaviour of samples during loading stage. This study attempts to explore the breakage behaviour of granular materials during sample preparation. Triaxial samples of rockfill aggregates are prepared by layered compaction method to achieve different relative densities. Extents of particle breakage based on the gradings before and after test are presented and analysed. It is found that particle breakage during sample preparation cannot be ignored. Gradings after test are observed to shift away from the initial grading. Aggregates with larger size that appear to break are more than the smaller-sized ones. Irrespective of the initial gradings, an increase in the extent of particle breakage with the increasing relative density is observed during sample preparation.     

土石混合料振动击实特性的试验研究

基于表面振动台法的试验条件参数对风化砂岩、泥岩的混合料和石灰岩材料两种不同性质土石混合料最大干密度的影响因素进行室内系统试验研究.通过改变含水量、含石量(P5)、最大粒径等因素来探讨土石混合料的室内振动击实特性,得出一些对实际工程有重要参考价值的结论.     

碎石土振动压实特性试验研究

利用自行研制开发的表面振动压实仪。对6种级配碎石土进行了室内振动压实试验，取得了不同激振力、不同激振频率和不同激振时间作用下的大量试验数据，研究了级配碎石十最大干密度与激振力、激振频牢之间的关系。提出了反映碎石上粒径级配的不均匀系数、曲率系数和特征粒径的级配特征值，并建赢了碎石上级配特征值、最大干密度、振动参数间的相关关系，存在良好的相关性。系统地研究了碎石土振动压实特性，研究结果具有蕈要的理论研究意义和工程指导作用。     

基于表面沉降法的堆石坝现场碾压试验分析

长河坝是目前国内已建成的高度第二、填筑总量第一的世界级高堆石坝,主体部分是以当地石料填筑的坝壳体,其碾压密实质量直接影响坝体施工及运营期的变形稳定。长期以来,堆石体的压实质量主要依靠挖坑测试法通过干密度指标来评估,不仅费时费力,且误差较大。依托长河坝水电站坝体堆石料的现场碾压试验,采用表面沉降法对压实质量进行评估,并与现场挖坑灌水法实测得到的密度进行对比。结果表明:采用表面沉降法计算的密度与挖坑灌水法实测密度基本吻合,现场压实质量可以通过沉降量或沉降率来控制;表面沉降法操作简单,可有效保证填筑质量,加快施工进度,为堆石体碾压特性研究提供了新的途径,具有较好的实用价值。     

Experimental research on compaction characteristics of aeolian sand

Unlike other road materials, aeolian sand has some compaction characteristics that are key factors in construction qualities of highway in the desert. In order to study the characteristics, a series of laboratory and field tests were performed, including sieve analysis, standard modified compaction, vibrating compaction and field test. By analyzing the sieve analysis test data, it was found that the gradation of aeolian sand was bad, with fine grains whose diameters mostly ranged from 0.25 mm to 0.074 mm. Then, from the laboratory compaction test results, a compaction curve similar to the horizontally-written letter S was obtained. That was quite different from the other kinds of road materials. There were two peak values in the curve with the increase of water content, which was the special characteristic of aeolian sand: to be well compacted whether it was dry or wet. Also, according to laboratory vibrating test results, the best vibrating frequency range was proposed. It was from 45 Hz to 50 Hz. Moreover, some field compaction tests were carried out. On the construction site of the highway, the aeolian sand subgrade was compacted in the condition of natural water content with optimizing construction machines. Its compaction degree reached 96%, meeting the current specifications. At last, comparative studies were carried through with electron microscope. It was shown that the microstructure of compacted dry aeolian sand is much denser than that of the natural one in the field test.