高土石坝砂卵石作坝壳堆石料应用研究

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1、四川大学硕士学位论文高土石坝砂卵石作坝壳堆石料应用研究姓名：陈义军申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：徐进20060501明川大学硕一i-学位论文高土石坝砂卵石作坝壳堆石料应用研究岩土工程专业硕士研究生：陈义军指导老师：徐进副教授土石坝的一个最大优势就是充分利用当地材料进行坝体的填筑。这些当地材料的工程性质以及能否幸-fXq其质量和数量的具体情况合理利用，直接决定着坝的安全和工程造价。过去，土石坝对用料要求是比较严格的。近30年来，随着土力学理论的发展完善和土工试验技术，特别是大型土工试验仪器的发展以及振动平碾的使用，对坝料的限制有较多的突破和放宽，“用科多

2、样化”成为当代土石坝发展中最主要的趋势之一。在这种情形下，坝壳填筑料的选用也在不断突破常规，拓宽料源。一改长期以来一直选用的坚硬、大块新鲜石料，将现地仅有的软弱劣质岩石、枢纽建筑物开挖的弃渣和洪(冲)积砂砾石等粗粒土用于坝壳填筑，成功修建了多座新材料类型的大坝，形成了一些新的筑坝理论，为坝工的新实践提供了启迪。位于火溪河上游的水牛家电站拦河大坝就是采用现地河床沉积砂卵石作坝壳堆石料构筑的一种新型土石坝。本文通过系统的土工试验，对该砂卵石填筑料的级配、压实、渗透、变形和强度等物理力学性质进行了研究；并通过理论分析、工程类比和数值模拟计算，对砂卵石作坝壳堆石料时的工程

3、特性作出了评价，对坝壳体的稳定性和应力形变场进行了分析。主要获得以下认识和研究成果：(1)获得了系统的该砂卵石科的物理力学性质参数：①根据土的分类标准，该料属于无粘性粗粒土，定义为砂卵石；级配分析可知，其级配位于方量百分率统计的上、下包线之间，均同时满足不均匀系数Cu>5，曲率系数Ce=1～3，故为级配良好的粗粒土。②相对密度和现场碾压试验可得，该砂卵石料的最大干密度为2．20g／c一，按高坝或地震烈度为8～9度条件(相对密度取值为0．75～0．85)考虑时，其蛊±垒拯亚塑垂!芏塑壅壁鱼整坐旦盟塑现场碾压所能达到的干密度为2．08～2．169／c订，压实孔隙率为2

4、0～24％。③渗透试验结果表明，该砂卵石料的渗透系数介于1．42×10“。～9．24×10～C．1／s之例，为透水料，渗透性良好；其渗透变形的破坏形式为管涌，临界坡降介于0．10～O．28之『日J。④变形特性研究表明，该砂卵石料三条包线的a-。一分别为O．053、0．014、0．011(Dr=O．75)，0．024，0．016，0．006(Dr=O．85)，均小于0．1，为低压缩性土，抗压缩能力较好。⑤根据抗剪强度试验，可得该砂卵石料的抗剪强度指标为C=30^忍，毋=39．3。，具有较高的抗剪强度。(2)通过理论分析和工程类比可知：该砂卵石料的级配组成在国内外土石

5、．坝建议理想级配的优良的坝壳透水料和密实度最佳的坝壳透水料之间，下包线靠近建议密度最佳的透水料曲线，为性能优良的坝壳透水料；其现场碾压所能达到的千密度、孔隙率均与其他类堆石料相近，与国内外土石坝的石料设计标准相符，满足高土石坝壳堆石料的压实要求：渗透性满足土石坝设计的规范要求，但渗透变形的容许坡降偏低，需考虑合理使用反滤层来提高其抗渗透变形能力；其变形和强度与大部分中高强度堆石料的抗剪强度相近，完全能满足坝壳填筑料的变形和强度要求。(3)数值模拟分析可知：大坝建成后，坝壳体坝坡稳定，其应力形变规律与堆石填筑的高土石坝的应力形变规律一致；坝壳填筑体内，最大沉降量约2

6、．10m：最大水平位移约0．45m，下游水平位移大于上游；坝壳体内最大主应力约4000kPa，最小主应力的最大值为1600kPa，最大剪应力1300kPa。坝坡最大拉应力约21．055kPa，安全系数2．581。(4)通过对直剪和三轴两种剪切手段的结果对比，确定了以三轴试验结果为标准的直剪试验结果修正公式驴7=，毋，得出此类坝壳料在无正应力(口=O)下剪切试验确定的岛值条件下，修正系数为0．95。综合评价，该砂卵石料为工程特性良好的坝壳填筑料。关键词：高土石坝砂卵石土工试验力学参数对比修正工程类比数值模拟坝用性能2四川I大学硕士学位论文TheResearchFor

7、TheAppliedOfTheGritAndPebbleActingAsTheFill-stuffOfHighEmbankmentMajor：GeotechnicalEngineeringGraduateStudent：ChenYiJunTutor：XujinprofessorOneofthelargestpreponderanceoftheEmbankmentisintakingfulladvantageoflocalmaterialasthestuffing．Theengineeringproperties7‘ofthesematerialandwhether

8、using