專利名稱：一種測(cè)定原級(jí)配粗粒筑壩材料相對(duì)密度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水利水電行業(yè)的土石壩筑壩技術(shù)領(lǐng)域，涉及土石壩填筑指標(biāo)與填筑質(zhì) 量評(píng)價(jià)問(wèn)題，特別涉及采用重型振動(dòng)碾壓實(shí)技術(shù)的原級(jí)配粗粒筑壩體最大干密度的測(cè)量方 法。
背景技術(shù)：
隨著上世紀(jì)50年代重型振動(dòng)碾壓實(shí)技術(shù)的出現(xiàn)，筑壩粗粒料級(jí)配范圍更為寬泛 (最大控制粒徑dmax ( 1. 2m)，使得壓實(shí)的堆石或砂礫料具有較高的強(qiáng)度和變形模量，導(dǎo)致 現(xiàn)代碾壓式高土石壩得到了快速發(fā)展。對(duì)于無(wú)粘性且能自由排水的砂性土的壓實(shí)，土力學(xué)之父Terzaghi先生早在1943 年就提出應(yīng)該以相對(duì)密度進(jìn)行控制，以評(píng)價(jià)土體的松緊程度與壓實(shí)質(zhì)量，這一觀點(diǎn)已廣為 采納。對(duì)于我國(guó)土石壩的實(shí)踐，早期如大伙房、碧口等工程采用了相對(duì)密度作為壓實(shí)質(zhì)量的 設(shè)計(jì)控制標(biāo)準(zhǔn)，鑒于粗粒料的壓實(shí)對(duì)于整個(gè)大壩安全至關(guān)重要，我國(guó)土石壩設(shè)計(jì)建設(shè)的行 業(yè)規(guī)范《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(DL5073-2000)》第5. 2. 8條款、《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范 (SL274-2001)))第4. 2. 5條款、《混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)規(guī)范(DL/T 5016-1999)》第6. 4條 款，都明文規(guī)定了對(duì)應(yīng)相對(duì)密度的控制標(biāo)準(zhǔn)。盡管采用相對(duì)密度控制大壩填筑質(zhì)量已被我國(guó)土石壩相關(guān)規(guī)范所采用，但是由于 筑壩粗粒料超大粒徑顆粒的存在，致使相對(duì)密度指標(biāo)的使用卻出現(xiàn)了問(wèn)題。眾所周知，采用 現(xiàn)代重型振動(dòng)碾壓技術(shù)填筑的土石壩，如碧口、小浪底、天生橋、水布埡等工程筑壩粗粒料 的最大粒徑達(dá)1. Om左右，而《水利水電工程粗粒土試驗(yàn)規(guī)程(DL/T 5356-2006)》規(guī)定室內(nèi) 干密度極值試驗(yàn)最大粒徑一般為60mm，必須對(duì)原級(jí)配粗粒料進(jìn)行縮尺，其干密度的縮尺效 應(yīng)以及室內(nèi)試驗(yàn)方法與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際碾壓技術(shù)之間的差異，使得室內(nèi)試驗(yàn)實(shí)測(cè)最大干密度(指 標(biāo)密度)偏低，R. J. Stepenson對(duì)Carters壩、Editors Ronald對(duì)Cougar壩進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn) 研究，發(fā)現(xiàn)其最大干密度均低于現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)的填筑密度，計(jì)算相對(duì)密度值大于1，這種現(xiàn)象在 國(guó)內(nèi)天生橋、那蘭等工程也得到驗(yàn)證，使得土石壩粗粒料填筑質(zhì)量無(wú)法采用相對(duì)密度控制。 為此，史彥文等人根據(jù)小粒徑組不同粒徑粗粒料的室內(nèi)相對(duì)密度試驗(yàn)成果，采用Humphrety 公式法、模型級(jí)配系列延伸法等不同方法進(jìn)行外推原級(jí)配的最大干密度，由于沒(méi)有解決粗 粒料級(jí)配縮尺帶來(lái)的干密度縮尺效應(yīng)等實(shí)質(zhì)問(wèn)題，實(shí)際工程應(yīng)用難以推廣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是為了避免粗粒筑壩材料室內(nèi)相對(duì)密度試驗(yàn)縮尺效 應(yīng)的偏差，提供一種測(cè)定原級(jí)配粗粒筑壩材料相對(duì)密度的方法。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用如下技術(shù)方案—種測(cè)定原級(jí)配粗粒筑壩材料相對(duì)密度的方法，首先基于重型振動(dòng)碾振動(dòng)壓實(shí)原 理和筑壩現(xiàn)場(chǎng)攤鋪碾壓試驗(yàn)，測(cè)定粗粒料極值干密度；然后根據(jù)設(shè)計(jì)干密度，求取相對(duì)密 度；具體步驟為
步驟A，最小干密度的測(cè)定在攤鋪碾壓試驗(yàn)場(chǎng)地或筑壩現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)需要碾壓的粗粒筑壩材料進(jìn)行攤鋪整平，在 表面布置m個(gè)測(cè)點(diǎn)，用灌水法測(cè)定待碾壓的粗粒筑壩材料各測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的最小干密度P d min i，確定平均最小干密度Pdmin值
權(quán)利要求
1. 一種測(cè)定原級(jí)配粗粒筑壩材料相對(duì)密度的方法，其特征在于首先基于重型振動(dòng)碾 振動(dòng)壓實(shí)原理和筑壩現(xiàn)場(chǎng)攤鋪碾壓試驗(yàn)，測(cè)定粗粒料極值干密度；然后根據(jù)設(shè)計(jì)干密度，求 取相對(duì)密度；具體步驟為步驟A，最小干密度的測(cè)定在攤鋪碾壓試驗(yàn)場(chǎng)地或筑壩現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)需要碾壓的粗粒筑壩材料進(jìn)行攤鋪整平，在表面 布置m個(gè)測(cè)點(diǎn)，用灌水法測(cè)定待碾壓的粗粒筑壩材料各測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的最小干密度Pd min i，確 定平均最小干密度Pdmin值1 mPdmm = -YjPdmm1 ； Π1 為自然數(shù)；m !=1步驟B，振動(dòng)碾壓實(shí)能量的測(cè)定；B-1，求出振動(dòng)碾傳遞給筑壩粗粒料表面的壓實(shí)能量，即振動(dòng)碾行駛一遍給予單位面積 粗粒土層的能量E = [2W + F (cos α + α η α)\ ■式中W、F分別為振動(dòng)滾輪的靜重和激振力，單位為N ；f是振動(dòng)碾的振動(dòng)頻率，單位為 Hz ；A、B分別為滾輪的振幅和寬度，單位為cm ;v是振動(dòng)碾行駛的速度，單位為cm/s ； α是相 位角差；Β-2，碾壓層的平均能量；根據(jù)振動(dòng)碾壓時(shí)的實(shí)測(cè)垂直動(dòng)應(yīng)力的衰減特性，求得能量衰減規(guī)律；基于第B-I步計(jì)算的振動(dòng)碾給予筑壩粗粒料表面的壓實(shí)能量，求得碾壓層的平均能量I = \hQE(x)dx，h為鋪攤厚度；若碾壓了 η遍，則每層面平均輸入總能量為 E' = nE ；η為自然數(shù)；Β-3，不同碾壓遍數(shù)下粗粒筑壩材料干密度的測(cè)定；在振動(dòng)碾不同的碾壓遍數(shù)下，在粗粒筑壩材料碾壓層布置m個(gè)測(cè)點(diǎn)，用灌水法測(cè)定碾 壓的粗粒筑壩材料各測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的干密度P dn，確定不同碾壓遍數(shù)η下被壓實(shí)粗粒土體的干1 m密度 P dn 值；; B-4，最大干密度的確定；根據(jù)計(jì)算的不同碾壓遍數(shù)η下振動(dòng)碾輸入碾壓層有效壓實(shí)的平均能量玄，繪出~ E' 曲線，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合確定粗粒筑壩材料的極值干密度P ^ax ；并對(duì)B-I步測(cè)定的最小干密 度進(jìn)行復(fù)核；B-5，相對(duì)密度的確定；根據(jù)設(shè)計(jì)干密度值，與前述步驟所測(cè)得的最大和最小干密度，采用下式，求出原級(jí)配粗 粒筑壩材料的相對(duì)密度；J^ _ Pd max、Pd Pd min)(10)PdiPdmax ~ Pd mm)式中ρ d為粗粒筑壩材料的設(shè)計(jì)干密度； Pd_為粗粒筑壩材料的最大干密度； P d min為粗粒筑壩材料的最小干密度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測(cè)定原級(jí)配粗粒筑壩材料相對(duì)密度的方法，其特征在 于振動(dòng)碾壓時(shí)的實(shí)測(cè)垂直動(dòng)應(yīng)力的衰減特性包括振動(dòng)壓實(shí)下垂直動(dòng)應(yīng)力的衰減規(guī)律的測(cè) 定、能量衰減規(guī)律的確定、衰減系數(shù)b的確定。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種適合于土石壩筑壩現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定原級(jí)配粗粒料極值干密度的方法，其中測(cè)量原級(jí)配粗粒筑壩材料極值干密度的方法為基于重型振動(dòng)碾振動(dòng)壓實(shí)能量傳遞機(jī)理和筑壩現(xiàn)場(chǎng)攤鋪碾壓試驗(yàn)，測(cè)定原級(jí)配粗粒筑壩材料的極值干密度，進(jìn)而根據(jù)設(shè)計(jì)干密度，計(jì)算相對(duì)密度；本發(fā)明基于現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)碾壓實(shí)壩體的輸入能量機(jī)理，推求出原級(jí)配粗粒筑壩料在給定施工碾壓條件下的極值干密度，使得采用相對(duì)密度指標(biāo)控制原級(jí)配粗粒筑壩材料的壓實(shí)特性得以實(shí)現(xiàn)，為土石壩現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)質(zhì)量控制提供可行的方法。
文檔編號(hào)E02D1/00GK102121245SQ20111002733
公開(kāi)日2011年7月13日 申請(qǐng)日期2011年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月25日
發(fā)明者徐晨, 朱晟, 王永明, 石永超, 鐘春欣 申請(qǐng)人:河海大學(xué)