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。     

筑坝材料缩尺效应及其对阿尔塔什面板坝变形及应力计算的影响

针对阿尔塔什混凝土面板坝工程,基于超大型三轴仪(试样直径800 mm,最大粒径为160 mm)和传统大型三轴仪(试样直径300 mm,最大粒径为60 mm)固结排水剪切试验结果,研究了筑坝材料缩尺效应及其对阿尔塔什面板坝竣工期坝体变形及应力计算的影响。主要结论有:阿尔塔什筑坝砂砾料与人工开采的灰岩爆破料变形特性的缩尺效应规律相反,砂砾料超大型三轴试验的邓肯张E-B模型模量参数k和k_b约为大型三轴的1.3~1.4倍;灰岩爆破料大型三轴试验的模量参数k和kb约为超大型三轴的1.2~1.4倍。大型三轴试验的邓肯张E-B模型参数无法反映上游砂砾料与下游灰岩爆破料的变形模量差异,导致沉降计算规律与实际不符,超大型三轴试验的模型参数可以很好地反映由于上游砂砾料变形模量高于下游灰岩爆破料而产生的不均匀沉降,计算结果在分布规律及量值上相比大型三轴试验的参数更接近于实测值。     

连续分布超径粗粒土的级配缩尺方法与适用条件

结合国内若干座典型高坝,分析堆石料和砂砾料的填筑级配特性;在此基础上,结合大石峡和长河坝坝料室内相对密度试验和大型压缩试验,研究超径粗粒土级配缩尺方法的合理选择问题。结果表明:(1)Weibull模型对于反映筑坝粗粒土的级配构成具有较好的适应性,也可以反映级配的分形特性;(2)连续分布的粗粒土级配,剔除法、等量替代法、相似级配法等常见缩尺方法可采用统一的级配缩尺公式表示,可以准确计算缩尺试验级配;(3)使用最优颗粒充填关系对应的临界P5值,代替规范建议的小于5 mm颗粒质量百分含量P5不大于15%的标准,作为相似法的使用条件,即可避免过度使用混合法带来的缩尺试验误差,也不会出现相似法导致缩尺级配的"砂化"问题,可最大限度地保证缩尺前后级配的几何相似,有效提高缩尺试验结果的精度;(4)利用临界分形维Dc与最大粒径无关的性质,对于不同分布类型级配的超径粗粒土,可采用分形级配公式计算缩尺级配的临界P5值,并根据原级配参数确定相应的缩尺方法。研究成果可用于超径粗粒土的缩尺试验,具有较强的应用价值。     

高面板坝堆石体的填筑质量控制指标研究与应用

利用建设中的阿尔塔什高面板坝的堆石料填筑级配,进行了现场大型相对密度试验,结合三因素图研究了堆石体采用孔隙率和相对密度双控填筑标准的设计方法,并利用堆石料挖坑检测资料说明了相应的现场填筑质量控制流程。结果表明:①堆石料的填筑级配基本为分形分布,粒度分形维数在2.516～2.633之间,压实性能较优;②当堆石料的最大粒径达到400 mm时,其干密度缩尺效应已经较小,可直接利用最大控制粒径等于400 mm级配的相对密度试验结果制作三因素图,作为评价现场堆石体压实质量的依据;③满足设计孔隙率不大于19%的堆石体,如果增设相对密度压实标准,则相对密度需满足不小于0.76,则仍有15%的检测坑不满足双控填筑标准要求的压实程度。孔隙率受级配影响较大,仅仅满足设计孔隙率要求,不能保证堆石体都能得到充分的压实,理论上不适合作为堆石体的压实标准;④采用孔隙率和相对密度双控填筑标准,为设计级配优良且充分压实的堆石体提供了理论依据,可以更好地满足高土石坝对于变形控制的要求,是保证高坝建设与运行安全的基础。     

茨哈峡水电站垫层料与过渡料联合抗渗试验研究

对于天然砂砾石料作为筑坝料的超高混凝土面板堆石坝工程,其坝体各分区料联合抗渗稳定性对坝体安全性十分重要。研究采用自主研制的高水头大型渗透试验设备,对茨哈峡水电站原级配砂砾石填筑料的垫层料与过渡料进行联合抗渗试验;监测各分区填筑料的渗流特性演变过程,总结了垫层料与过渡料筑坝料联合抗渗试验的演变基本规律,验证过渡料对垫层料的反滤保护作用,为茨哈峡水电站坝体填筑料的级配设计优化、渗透稳定安全性的论证提供了数据参考。     

布古斯工程料场勘探结果的应用分析

布古斯水坝是一座黏土心墙坝,使用黏土、冲积料、抛石料作为大坝的填筑材料,因而常需进行料场勘察。为了给布古斯水坝的施工提供科学依据,料场勘探需要从料场分布、布置等方面进行分析,以便提出相应的勘探比较与选择。     

水泥稳定砂砾基层结构类型的研究

以天然砂砾为试验对象,采用逐级填充试验与理论计算I法相结合的方法确定骨架密实型水泥稳定砂砾混合料级配。根据压实度原理提出级配范围,以筛孔尺寸4.75mm通过率划分了水泥稳定砂砾基层各结构类型。实试验结果表明,按水泥稳定砂砾骨架密实型级配范围配得的混合料的密实度大于其它类型混合料的密实度。说明了采用上述方法划分水泥稳定砂砾混合料组成结构类型的合理性。     

阿尔塔什水利枢纽工程围堰砂砾料填筑施工工艺研究

通过对阿尔塔什水利枢纽大坝围堰主填筑料开展不同铺料厚度、同一洒水量条件下的碾压试验,核实设计填筑标准的合理性,研究填筑的施工工艺与措施,并选择合理的施工碾压参数。研究成果表明:当铺料厚度为80cm、洒水量为5.0%时,采用26t振动平碾碾压机械振动碾压7遍后其相对密度不小于0.80,满足设计要求;当铺料厚度为100cm、洒水量为5.0%时,采用26t振动平碾碾压机械振动碾压9遍后其相对密度不小于0.80,满足设计要求。在此基础上,推荐相应的围堰砂砾料碾压施工参数:铺料厚度为80.0cm(100.0cm)、洒水量5.0%时,采用进占法铺料,26t振动平碾碾压机械以2.5km/h的速度按"进退法"碾压8遍(10遍),条带之间搭接10.0~20.0cm。     

中日友好医院内部道路工程使用生石灰粉与粉煤灰稳定天然级配砂砾做道路底层

一、工程情况中日友好医院内部道路,绝大部分在当年回填的建筑物基坑和管线废槽上修筑。地下管线错综复杂,施工场地狭窄而且管线回填土大部分在冬季完成,道路完成后须立即通车放行。为加强道路底层的整体性,原想采用厂拌石灰、粉煤灰、砂砾混合料代替天然级配砂砾。由于拌合料场供应量有限,而现场拌合又受场地和机械条件限制,为此参照厂拌料的配比,在中日医院道路工程中试用了“生石灰粉与粉煤灰稳定天然级配砂砾”代替天然级配砂砾底层。     

江坪河混凝土面板堆石坝冰渍砾岩石料冲击碾压试验研究

江坪河混凝土面板堆石坝,是当前国内外的第二高坝,坝体材料采用栗山坡料场的冰渍砾岩(Zant)。目前,国内外尚未见采用冰渍砾岩填筑高面板堆石坝的工程实例,在可研阶段对筑坝材料进行了现场爆破和填筑碾压试验,但由于爆破料的级配尚未达到良好级配的要求,而压实密度(孔隙率),虽然采用目前国内吨位最大常规振动碾压,但密度(孔隙率)仍不理想,所以此次引进冲击碾进一步进行试验研究。     

基于砂石紧密堆积理论的混凝土配合比研究

根据Dinger-Funk方程,计算混凝土砂石材料的最紧密堆积理论级配,调整颗粒分布系数。混合现有不同级配的砂石,计算混合后砂石级配在不同情况下与理论级配的相关性,选取相关性较大的几组级配进行试验,对比混凝土流动性、强度。结果表明:碎石的紧密堆积有利于混凝土流动性,对混凝土强度影响不大;砂紧密堆积时无法满足混凝土和易性要求,需改变砂级配或通过特细砂对浆体稠度进行调整。     

尾砂分形级配与胶结强度的知识库研究

采用分形理论研究了尾砂材料的级配。分析了国内外大量矿山的尾砂材料分形级配与强度试验数据,用神经网络建立了尾砂胶结强度与水泥含量、浓度、孔隙分形维数及分形维数相关率的知识库模型。考虑神经网络在训练大规模样品时易陷入局部极小,用梯度下降法与混沌优化方法相结合,使神经网络实现快速训练的同时,避免陷入局部极小。研究结果表明:尾砂孔隙分形维数减小,尾砂胶结强度增高;分维形数相关率越好,尾砂胶结强度越高。孔隙分形维数和分形维数相关率反映了尾砂粒度分布的整体信息,可用来判断尾砂级配的合理性。应用知识库模型可以根据尾砂的级配特性,预测不同水泥含量、不同浓度下的尾砂胶结充填体强度,指导矿山充填设计。     

大石峡砂砾石坝料渗透特性及其影响因素研究

利用试样截面尺寸为1000 mm×1000 mm的超大型渗透仪和Φ300 mm的常规大型渗透仪,针对大石峡面板坝筑坝砂砾石料的渗透特性开展了较为系统的试验研究。结果表明:砂砾石料小于5 mm细粒含量对其渗透系数、抗渗透破坏能力及其破坏模式均具有重要影响;经过缩尺的砂砾石料渗透特性试验结果将高估原型料的排水性能和抗渗透破坏能力;试样尺寸越大,在振动压实制样过程中,砂砾石料中细颗粒离析至试样表面的现象越严重,为提高试验结果的可靠性,利用超大尺寸渗透仪开展试验时,应模拟现场砂砾石料实际振动碾压过程进行制样;大石峡高面板坝筑坝砂砾石料小于5 mm细颗粒含量较高,渗透系数偏小,有必要在垫层区和主堆砂砾料区之间设置过渡反滤区,以提高垫层区料的抗渗透破坏能力。     

Experimental study of the shear strength of carbonate gravel

Current studies on carbonate soils are mostly directed at carbonate sands rather than widely distributed carbonate gravels. In this study, a series of large-scale direct shear tests were conducted to evaluate the parameters that affect the mechanical behaviours of carbonate gravels, including the particle size, gradation, relative density and normal stress. Simultaneously, several tests on quartz gravels with similar gradations were conducted for a comparison. The experimental results showed that a large cohesion, which is defined as the interlocking cohesion in this paper, appears in carbonate gravels and it increases as the average particle size and relative density increase. The strength envelope of the carbonate gravel with an average particle size greater than or equal to 3.9 mm could be expressed as a broken-line with two straight lines in the stress range of 0–1600 kPa, but for quartz gravel, the broken-line mode appears when the average particle size reaches 7.7 mm. This result could be related to the breakage of the particles. Therefore, a certain number of gravel particles with different sizes and different shapes were coloured to trace the breakage mode of the particles. At the same time, it could be found that the strength of the carbonate gravel is not always greater than that of the quartz gravel with a similar gradation.

     

水稳砂砾路拌法施工的几点体会

结合工程实例，介绍了水稳砂砾路拌法施工过程中应注意的几个要点。以促使天然级配砂砾这一区域性优势资源被更多地应用到公路建设中，为具有区域性特点的水稳砂砾施工提供了参考。     

三峡库区碎石土抗剪强度指标的试验研究

以现场取得的碎石土为原料,通过筛分试验,确定其平均级配,以平均级配为基础,利用代替法设计试验级配。在试样含水量的确定上,抛弃了传统含水量的确定方法,结合碎石土的特点,以碎石土中细粒的多少来确定试样的含水量。在制样上抛弃了以往用控制干密度制样的方法,改用相同竖向压力下制样的新方法。对库区不同碎石含量、不同含水量的碎石土剪切强度进行了试验研究。根据抗剪强度与细粒含水量及碎石含量的变化关系,以细粒的液性指数和碎石含量为指标,提出了碎石土抗剪强度的实用计算公式。     

考虑级配和颗粒破碎影响的堆石料临界状态研究

临界状态土力学理论在描述细颗粒土应力变形特性方面较为成功,已经成为建立许多黏土和砂土本构模型的基础。对于堆石料,在应力、密度、级配等因素影响下,其变形特性非常复杂,且高应力条件下颗粒易发生破碎,是否存在"唯一"的临界状态值得探讨。通过对不同级配、不同密度的试样在不同围压条件下的一系列大型三轴剪切试验,研究了堆石料的临界状态及其影响因素。研究发现:不同级配、不同密度、不同初始固结应力条件下,当剪应变较大时试样都趋于临界状态,临界状态的值与初始密度、初始级配、颗粒破碎有关;q–p'平面内,堆石料存在唯一的临界应力比M;在e–(p'/p_a)~ζ平面内,临界状态线基本平行,其截距可以根据初始密度和初始级配直接求得。通过对比分析各试样的临界状态,提出了考虑级配和颗粒破碎影响的堆石料临界状态数学表达式。     

特高面板砂砾石坝结构安全性论证

基于试验研究与数值计算分析,对新疆大石峡250 m级特高面板砂砾石坝结构安全性进行了论证。结果表明:压实后的砂砾石料有较高的变形模量、较小的流变和地震残余变形,大坝运行期坝体最大沉降仅为最大坝高的0.64%;设计地震用下坝体最大震陷量仅为最大坝高的0.40%;静、动力荷载作用下,面板周边缝的沉陷和张拉值均未超过国内外已建工程的最大实测值,周边缝的剪切位移虽然比国内外已建工程的最大实测值大,但中国在混凝土面板接缝止水结构与材料方面的技术储备已经能够满足其要求。因此,与相同高度的面板堆石坝相比,面板砂砾石坝变形安全控制的难度较小。需要指出的是,250 m级特高砂砾石坝的防渗面板在静、动力荷载作用下的轴向和顺坡向拉、压应力极值较高,有必要在面板周边缝和压性垂直缝两侧一定范围配置加强钢筋。