PVA纖維摻和膠凝砂礫石材料的力學(xué)性能

年月 水利學(xué)報(bào) 第卷第期 收稿日期 基金項(xiàng)目水利部計(jì)劃項(xiàng)目 作者簡(jiǎn)介賈金生男河南民權(quán)人教授級(jí)高級(jí)工程師主要從事拱壩結(jié)構(gòu)分析面板壩防滲體系及膠凝砂礫石壩的研究 文章編號(hào) 膠凝砂礫石壩材料特性研究及工程應(yīng)用 賈金生馬鋒玲李新宇陳祖坪 中國(guó)水利水電科學(xué)研究院北京首鋼工學(xué)院北京 摘要本文闡述了膠凝砂礫石壩的起源和發(fā)展情況根據(jù)福建街面水電站下游圍堰的施工要求即施工期作為擋 水堰運(yùn)行期作為量水堰設(shè)計(jì)了圍堰壩體的斷面對(duì)堰體的應(yīng)力穩(wěn)定和滲流進(jìn)行了分析提出了材料的性能參數(shù) 要求并探討了膠凝砂礫石材料的滲透溶蝕性能研究結(jié)果表明采用當(dāng)?shù)靥烊簧暗[石摻入水泥和粉煤灰各 ?其齡期抗壓強(qiáng)度等級(jí)可達(dá)到并滿足圍堰的力學(xué)穩(wěn)定防滲和抗溶蝕要求縮短了工期降低了 造價(jià) 關(guān)鍵詞膠凝砂礫石壩滲透溶蝕圍堰材料特性抗壓強(qiáng)度 中圖分類號(hào)文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 研

為研究膠凝砂礫石料的動(dòng)力特性,采用大型動(dòng)力三軸試驗(yàn)儀進(jìn)行膠凝摻量為60kg/m3的膠凝砂礫石料的動(dòng)力試驗(yàn),分析了材料最大動(dòng)彈性模量與圍壓之間的關(guān)系,推導(dǎo)了非線性動(dòng)彈性模量及阻尼比的表達(dá)式。試驗(yàn)結(jié)果表明:膠凝砂礫石料的動(dòng)應(yīng)力動(dòng)應(yīng)變關(guān)系具有明顯的非線性特征,且受圍壓的影響較大;材料動(dòng)彈性模量隨動(dòng)應(yīng)變的增大而減小,而阻尼比則相應(yīng)增大,并趨于某最大值;動(dòng)應(yīng)變一定時(shí),圍壓增大引起材料動(dòng)彈性模量增大,而阻尼比則隨之減小。

碾壓膠結(jié)砂礫石(rolledcementeedsand&cravel,簡(jiǎn)稱rcsg)材料是一種新型建筑材料,在某些工程中有廣闊的應(yīng)用前景,根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,探討和分析了rcsg的材料性能.

該文介紹福建水口壩下水位治理與通航改善工程中膠凝砂礫石橫向主圍堰規(guī)劃方案的抗滑穩(wěn)定和應(yīng)力簡(jiǎn)易估算,探討砂礫石地基上建設(shè)膠凝砂礫石圍堰的適用條件,供參考。

年月 水利學(xué)報(bào) 第卷第期 收稿日期 基金項(xiàng)目水利部計(jì)劃項(xiàng)目 作者簡(jiǎn)介賈金生男河南民權(quán)人教授級(jí)高級(jí)工程師主要從事拱壩結(jié)構(gòu)分析面板壩防滲體系及膠凝砂礫石壩的研究 文章編號(hào) 膠凝砂礫石壩材料特性研究及工程應(yīng)用 賈金生馬鋒玲李新宇陳祖坪 中國(guó)水利水電科學(xué)研究院北京首鋼工學(xué)院北京 摘要本文闡述了膠凝砂礫石壩的起源和發(fā)展情況根據(jù)福建街面水電站下游圍堰的施工要求即施工期作為擋 水堰運(yùn)行期作為量水堰設(shè)計(jì)了圍堰壩體的斷面對(duì)堰體的應(yīng)力穩(wěn)定和滲流進(jìn)行了分析提出了材料的性能參數(shù) 要求并探討了膠凝砂礫石材料的滲透溶蝕性能研究結(jié)果表明采用當(dāng)?shù)靥烊簧暗[石摻入水泥和粉煤灰各 ?其齡期抗壓強(qiáng)度等級(jí)可達(dá)到并滿足圍堰的力學(xué)穩(wěn)定防滲和抗溶蝕要求縮短了工期降低了 造價(jià) 關(guān)鍵詞膠凝砂礫石壩滲透溶蝕圍堰材料特性抗壓強(qiáng)度 中圖分類號(hào)文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 研

文章以江西某膠凝砂礫石壩水庫(kù)施工為例,研究膠凝砂礫石壩的經(jīng)濟(jì)性。在選定施工造價(jià)的經(jīng)濟(jì)參數(shù)后,從各施工環(huán)節(jié)分析膠凝砂礫石壩的工程造價(jià),并依次改變邊坡比與碾壓混凝土重力壩綜合造價(jià)對(duì)比分析,最終得到膠凝砂礫石壩具有節(jié)約施工成本、節(jié)時(shí)、環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)的結(jié)論。

通過(guò)極差分析和ppr單因素方差分析,探究粉煤灰摻量、水膠比和細(xì)料含量對(duì)不同形狀尺寸富膠凝砂礫石試件劈裂抗拉強(qiáng)度的影響規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明:對(duì)富膠凝砂礫石材料劈裂抗拉強(qiáng)度的影響權(quán)重大小依次是粉煤灰摻量,水膠比,細(xì)料含量。三種加載方式下28d劈裂抗拉強(qiáng)度皆隨粉煤灰摻量的增加而降低,最佳水膠比和最優(yōu)細(xì)料含量分別為0.45和35%。此外,圓柱體側(cè)向平均劈裂抗拉強(qiáng)度約為標(biāo)準(zhǔn)立方體的91.10%,圓柱體軸向平均劈裂抗拉強(qiáng)度約為標(biāo)準(zhǔn)立方體的80.37%。

膠凝砂礫石筑壩就是將土石壩和混凝土重力壩綜合的一種新壩型,通過(guò)材料特性、斷面設(shè)計(jì)、穩(wěn)定計(jì)算、防滲結(jié)構(gòu)和溢洪結(jié)構(gòu)等幾個(gè)方面,對(duì)膠凝砂礫石壩這一新壩型的設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討。

大同市守口堡水庫(kù)大壩為我國(guó)首座膠凝砂礫石壩。文中以大同市守口堡水庫(kù)為實(shí)例,施工中綜合考慮膠凝砂礫石強(qiáng)度、壓實(shí)密度、溫度、濕度、日照等因素,層面處理以露出砂粒、小石,且不破壞已凝結(jié)的膠凝砂礫石為準(zhǔn),通過(guò)試驗(yàn)確定了不同氣候條件下層面處理時(shí)間、砂漿從開(kāi)始拌和到上層膠凝砂礫石鋪設(shè)的最長(zhǎng)允許時(shí)間、砂漿鋪設(shè)厚度等參數(shù),形成了完整的膠凝砂礫石填筑層面施工處理方法。

結(jié)合膠凝砂礫石材料力學(xué)特性及壩體剖面設(shè)計(jì)理論，研究膠凝砂礫石壩的剖面形式及相應(yīng)的控制標(biāo)準(zhǔn)。按土石壩設(shè)計(jì)理論：當(dāng)膠凝砂礫石材料抗壓強(qiáng)度低于3mpa時(shí)，壩體剖面形式屬于土石壩斷面形式，應(yīng)按土石壩設(shè)計(jì)理論進(jìn)行設(shè)計(jì)；當(dāng)材料抗壓強(qiáng)度大于6mpa時(shí)，壩體剖面形式屬于重力壩斷面形式，應(yīng)按重力壩設(shè)計(jì)理論進(jìn)行設(shè)計(jì)；抗壓強(qiáng)度為3～6mpa時(shí)，剖面設(shè)計(jì)既要考慮壩體整體穩(wěn)定性、壩體應(yīng)力狀況，又要考慮壩坡的自身穩(wěn)定及壩體局部抗剪強(qiáng)度。按重力壩設(shè)計(jì)理論：當(dāng)膠凝砂礫石材料抗剪強(qiáng)度指標(biāo)足夠大時(shí)，需控制壩踵處不出現(xiàn)拉應(yīng)力，最經(jīng)濟(jì)剖面為直角梯形；隨著壩體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的降低，最經(jīng)濟(jì)剖面逐步由直角梯形向?qū)ΨQ梯形過(guò)渡，此時(shí)穩(wěn)定安全系數(shù)和壩踵拉應(yīng)力都需要控制；當(dāng)膠凝砂礫石材料抗剪強(qiáng)度指標(biāo)過(guò)低時(shí)，采用對(duì)稱梯形剖面，此時(shí)壩體不會(huì)產(chǎn)生拉壓力，需控制壩體整體穩(wěn)定安全系數(shù)滿足規(guī)范要求。

砂礫石具有非線性的應(yīng)力-應(yīng)變特性,回彈模量是描述這一特性的有效參數(shù),通過(guò)室內(nèi)加大尺寸承載板試驗(yàn)?zāi)軌虻玫捷^好的模擬砂礫石回彈模量的模型。分析了傳統(tǒng)承載板試驗(yàn)測(cè)定砂礫石回彈變形特性的局限性和影響因素,并進(jìn)行了試驗(yàn)儀器和方法的改進(jìn)。以加大承載板試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),擬合發(fā)現(xiàn)l-h模型能較好地反映砂礫石的非線性回彈變形特性,且模型中的回歸參數(shù)與混合料的級(jí)配、含水量、壓實(shí)度等因素具有關(guān)聯(lián)性。并針對(duì)影響砂礫石回彈模量的兩個(gè)重要參數(shù):砂礫石黏土的摻配比和含水量進(jìn)行了詳細(xì)分析,并提出相應(yīng)的工程建議。

以膠凝用量、細(xì)料含量、水膠比作為膠凝砂礫石材料抗壓強(qiáng)度的影響因素,通過(guò)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)配合比,采用極差法和投影尋蹤回歸分析(ppr)兩種方法分析試驗(yàn)結(jié)果,得到了影響膠凝砂石材料抗壓強(qiáng)度影響因素的主次順序?yàn)槟z凝用量、水膠比、細(xì)料含量;膠凝砂礫石材料的抗壓強(qiáng)度在各因素不同水平下的變化規(guī)律,即抗壓強(qiáng)度隨膠凝用量的增加而增大,最佳水膠比為1.2,細(xì)料含量在25%~30%之間時(shí)抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大,當(dāng)水膠比和細(xì)料含量繼續(xù)變大時(shí),抗壓強(qiáng)度有所降低。

本文以翁吟河水生態(tài)攔水堰工程膠凝砂礫石壩為研究對(duì)象,采用剛體極限平衡法和材料力學(xué)法對(duì)膠凝砂礫石材料壩進(jìn)行穩(wěn)定及應(yīng)力計(jì)算,供同類工程參考.

通過(guò)研究地基土指標(biāo)，由施工期指標(biāo)進(jìn)入蓄水期指標(biāo)時(shí)完建壩體與地基應(yīng)力場(chǎng)的重分布，結(jié)果表明，重分布的變幅是相當(dāng)巨大的，甚至于會(huì)影響到在砂礫石地基上能否建造某種膠凝砂礫石壩的決策。故對(duì)此進(jìn)行分析研究，分析地基土含水量飽和工況強(qiáng)度。

砂礫石回填 一、施工流程 施工測(cè)量→施工準(zhǔn)備→拌合砂礫石→分層攤鋪→分層碾壓→檢測(cè)（符合規(guī)范 要求后）→數(shù)據(jù)整理（報(bào)審） 二、施工方法 （一）施工測(cè)量 施工之前復(fù)測(cè)導(dǎo)線點(diǎn)坐標(biāo)、水準(zhǔn)點(diǎn)高程及原地面高程，并進(jìn)行資料整理及橫、 縱斷面繪制。擬定試驗(yàn)段報(bào)審?fù)ㄟ^(guò)之后進(jìn)行試驗(yàn)段施工測(cè)量工作，采用全站儀, 根據(jù)本段對(duì)應(yīng)的路基設(shè)計(jì)圖紙及加寬要求放出該段路基中邊樁，沿路基縱向每 10m設(shè)一對(duì)標(biāo)高指示樁，進(jìn)行水平測(cè)量，并在指示樁上準(zhǔn)確標(biāo)出實(shí)施層頂標(biāo)高， 設(shè)置明顯標(biāo)記，以控制填料的松鋪厚度。將松鋪厚度標(biāo)識(shí)于中、邊樁上，并掛線 施工。 （二）施工準(zhǔn)備 材料準(zhǔn)備：砂礫石路基填筑材料采用襄陽(yáng)本地區(qū)的砂礫石。按照礫石和清沙 比例為6:4均勻參合。砂礫應(yīng)質(zhì)地堅(jiān)硬，含泥量不應(yīng)大于5%，礫石顆粒中細(xì)長(zhǎng) 及扁平顆粒的含量不應(yīng)超過(guò)20%。施工前，參照該段設(shè)計(jì)工程量進(jìn)行材料選比， 按計(jì)劃組織進(jìn)場(chǎng)儲(chǔ)備，所有進(jìn)場(chǎng)材

工程 砂礫石回填單元工程施工質(zhì)量驗(yàn)收評(píng)定表 單位工程名稱單元工程量 分部工程名稱施工單位 單元工程名稱、部位施工日期年月日－年月日 項(xiàng)次檢驗(yàn)項(xiàng)目質(zhì)量要求檢查記錄合格數(shù) 合格率 （%） 主 控 項(xiàng) 目 1鋪料厚度 鋪料厚度均勻，表面平整，邊線 整齊，允許偏差不大于鋪料厚度的 10%，且不應(yīng)超厚 2岸坡接合處鋪料 縱橫向接合部應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求； 岸坡接合處的填料不得分離、架空 一 般 項(xiàng) 目 1鋪填層面外觀 砂礫料鋪填力求均衡上升，無(wú)團(tuán) 塊、無(wú)粗粒集中 2富裕鋪填寬度 富裕鋪填寬度滿足壓實(shí)質(zhì)量要 求，檢測(cè)點(diǎn)允許偏差0-10cm 3鋪填邊線 鋪填邊線應(yīng)有一定寬裕度（符合 設(shè)計(jì)要求） 施工 單位 自評(píng) 意見(jiàn) 主控項(xiàng)目檢驗(yàn)點(diǎn)全部合格，一般項(xiàng)目逐項(xiàng)檢驗(yàn)點(diǎn)的合格率均不小于_____%，且不合格點(diǎn)不集中 分布，各項(xiàng)報(bào)驗(yàn)資料_____sl631—2012的要求

膠凝砂礫石壩是介于混凝土重力壩與堆石壩之間的新壩型。目前，膠凝砂礫石壩的建基面設(shè)計(jì)仍參照混凝土重力壩的建基面設(shè)計(jì)要求。針對(duì)膠凝砂礫石壩與混凝土重力壩結(jié)構(gòu)的差異性，提出了膠凝砂礫石壩壩基的地質(zhì)適應(yīng)性問(wèn)題。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的彈性波試驗(yàn)與原位剪切試驗(yàn)，壩基的強(qiáng)度及抗滑穩(wěn)定性可以滿足設(shè)計(jì)要求，證明適當(dāng)放寬膠凝砂礫石壩建基面要求，不僅技術(shù)上是可行的，而且可以減少工程量，節(jié)約資金，降低工程投資。

膠凝砂礫石材料單軸和三軸試驗(yàn)結(jié)果表明,膠凝砂礫石材料應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系具有明顯的非線性特征。通過(guò)三軸試驗(yàn),得出應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線,針對(duì)鄧肯-張模型對(duì)膠凝砂礫石的適用性進(jìn)行了分析研究?；谔摷觿傂詮椈煞?計(jì)算分析數(shù)據(jù)驗(yàn)證了鄧肯-張模型求解彈性模量的合理性,對(duì)鄧肯-張模型不能準(zhǔn)確描述體變特性與泊松比參數(shù)問(wèn)題,提出了改進(jìn)模型。

以大同守口堡水庫(kù)為例,詳細(xì)介紹了膠凝砂礫石與常態(tài)混凝土、岸坡等結(jié)合部位的施工工藝及其操作要點(diǎn),變態(tài)混凝土施工技術(shù)在膠凝砂礫石壩施工中的應(yīng)用,成功解決了膠凝砂礫石鋪筑過(guò)程中壩肩兩岸坡及常態(tài)混凝土周邊無(wú)法碾壓的問(wèn)題,值得同類工程推廣借鑒。

守口堡水庫(kù)大壩采用的是膠凝砂礫石壩。這是我國(guó)首次將這種新壩型用于永久性水利工程中。結(jié)合工程當(dāng)?shù)夭牧锨闆r,并同國(guó)內(nèi)外工程進(jìn)行類比,對(duì)壩體斷面、壩體材料分區(qū)、建基面設(shè)置、泄洪建筑物布置等方面進(jìn)行分析研究,得出了守口堡水庫(kù)膠凝砂礫石壩的合理設(shè)計(jì)方案。守口堡水庫(kù)膠凝砂礫石壩最大壩高為61.6m。壩體斷面型式為上下游坡比1:0.6的梯形斷面。按照材料性能的不同,大壩斷面劃分成6個(gè)分區(qū)。大壩主體為膠凝砂礫石。壩體上下游分別設(shè)置防滲層和保護(hù)層、大壩建基面比混凝土重力壩放寬、泄洪建筑物布置于壩體。

基于膠凝材料含量為70kg／m^3的膠凝砂礫石（csg）材料力學(xué)特性，對(duì)擬定不同壩高的剖面進(jìn)行穩(wěn)定分析，得到csg壩最小計(jì)算剖面。采用有限單元法對(duì)壩體壩基進(jìn)行強(qiáng)度分析，確定所擬壩體適應(yīng)的地基條件，為工程提供參考依據(jù)。

為確保守口堡水庫(kù)大壩運(yùn)行安全、驗(yàn)證膠凝砂礫石材料的可靠性,本文通過(guò)試驗(yàn)對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行研究.采取大壩擬定的配合比,制取膠凝砂礫石及富漿膠凝砂礫石大小試件,進(jìn)行抗壓強(qiáng)度檢測(cè),試驗(yàn)結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求.并對(duì)膠凝砂礫石大試件進(jìn)行抗拉強(qiáng)度劈裂試驗(yàn),其檢測(cè)結(jié)果合格,可滿足大壩強(qiáng)度的要求.