[发明专利]一种确定粗粒料填筑指标与现场质量控制的方法

说明书

本发明公开了一种确定粗粒料填筑指标与现场质量控制的方法，首先对粗粒料颗粒不同粒径组成，建立相应的级配统计模型；其次，通过相对密度试验，建立不同模型参数的级配与干密度或孔隙率的相互关系；再次，通过压缩试验和三轴试验，建立不同模型参数的级配与破坏强度的相互关系，建立不同模型参数的级配与压缩模量的相互关系；选取‑压缩模量为目标，获取填筑孔隙率指标或指标范围。本发明提出采用孔隙率和相对密度的双控标准，控制粗粒料的填筑质量，能够综合考虑粗粒料的级配和母岩特性、压实程度对粗粒体变形性能的影响，为堆石坝或砂砾堆石坝的整体稳定和有效变形控制提供可靠依据，保证大坝的建设和运行安全。

技术领域

本发明涉及一种可广泛用于水利水电、土木工程及交通工程粗粒料的填筑质量评价标准与实施问题，属于水利土木工程技术领域。

背景技术

高土石坝的建设与运行安全，要求对坝体进行严格的变形控制以及各填筑分区的变形协调设计，这就需要准确把握堆石体的工程特性。对于粗粒料或砂砾料而言，其工程特性主要取决于3个方面：一是坝料自身特性即母岩特性与级配特性，这是决定颗粒充填关系优劣与颗粒破碎程度的基础，可近似采用孔隙率衡量。二是通过振动碾等不同方式的外力做功，使得填筑坝料密实的程度，Terzaghi提出以相对密度评价其松紧程度与压实质量。三是压实后坝料的渗透特性，可用渗透系数衡量。可见，控制堆石坝变形的关键在于堆石体的密实程度，取决于颗粒级配组成和压实标准，不能用单一的孔隙率或相对密度指标控制。

对于堆石(砂砾)体的填筑标准，目前《碾压式土石坝设计规范DLT5395-2007》第6.2.7条、《混凝土面板堆石坝设计规范DLT5016-2011》第6.4.2条规定：堆石体采用孔隙率指标，砂砾体采用相对密度指标衡量。可见，当仅以孔隙率指标控制，则颗粒充填关系优良的级配，在较低相对密度条件下也能达到孔隙率要求。反之，仅以相对密度控制，则颗粒充填关系相对较差的级配，即使提高相对密度指标，在高压力条件下仍然难以达到较低的孔隙率。上述两种情况堆石体的压缩性均可能较大，客观上不能满足大坝变形控制与变形协调的要求。这也是已建的不同高土石坝，虽然采用单一的相同指标控制，但各原型大坝的实测变形差异较大、达不到变形控制目的的内在原因。如同为2016年建成、堆石体填筑平均孔隙率均为19％的大渡河猴子岩大坝(坝高223.5m)，实测竣工期最大沉降120cm，占坝高0.5％。而长河坝大坝(坝高240m)堆石体实测竣工最大沉降大于262cm，占坝高百分比大于1％。可见，对于目前堆石体的填筑标准，理论上仍不完整，在高土石坝的实践中也存在着明显问题，已经制约了现代高坝的发展。

对于强调整体稳定和变形控制的高坝堆石(砂砾)体而言，既要考虑使用相对密度控制标准，对堆石体的压实程度进行评价。也要考虑采用孔隙率指标，在反映堆石体压实程度的同时，反映母岩、级配的差异对堆石体变形与强度的影响。为此，本发明基于分形理论，提出一种确定粗粒料填筑指标以及实际填筑质量检测的方法。

发明内容

发明目的：为了克服现有筑坝技术中关于粗粒料(堆石料或砂砾料)填筑标准存在的不足，本发明提供一种确定粗粒料填筑指标与现场质量控制的方法，该方法能够考虑粗粒料的级配和母岩特性、压实程度对堆石体变形性能的影响，为高堆石坝的整体稳定和变形控制提供可靠依据，保证大坝的运行安全。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种确定粗粒料填筑指标与现场质量控制的方法，包括以下步骤：

步骤1，选取料场或填筑现场的粗粒料，对粗粒料级配模型的颗粒质量分布进行统计分析，建立不同最大控制粒径条件下的颗粒级配模型，并用式(2)分布公式进行检验：

式中，p_i为缩尺级配小于某筛孔直径d_i的累积质量百分数；d_max为级配料的最大粒径，a、b、c为粗粒料颗粒级配的模型参数，e表示自然常数；