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基于风化料的胶结砂砾石料力学性能研究与工程应用
王建有, 王朝菲, 李曙光
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基于风化料的胶结砂砾石料力学性能研究与工程应用
Research on the Mechanical Properties of the Cemented Sand and Gravel Based on Weathered Materials and Its Application
胶结砂砾石坝是近些年研究较为广泛的新坝型，该坝型有着漫顶不溃、弃料相对偏少、环保效果理想等多个显著的优势。当前，针对筑坝材料特性及坝体结构分析的研究成果相对偏少。本文结合西江大坝的风化料进行配合比试验及大坝应力-应变分析。研究结果表明：当混合骨料中强风化料占比小于60%时，胶结砂砾石抗压强度可满足配制要求；在各工况下，西江大坝整体应力水平较低且分布均匀，同时满足《胶结颗粒料筑坝技术导则》SL678-2014中抗压安全系数不小于4的规定。该研究成果拓宽了胶结砂砾石坝筑坝材料的选择范围，为西江大坝工程提供了理论依据。
The cemented material dam is a new type of dam that has been studied extensively in recent years. This type of dam has many significant advantages such as over-topping， relatively little waste， and ideal environmental protection. At present， there are relatively few research results on the characteristics of dam construction materials and an analysis of dam body structures.This paper combines the weathering material of the Xijiang Dam to conduct a mix ratio test and dam stress-strain analysis. The research results show that when the proportion of strong weathering material in the mixed aggregate is less than 60%， the compressive strength of the cemented sand and gravel can meet the requirements of the preparation； under all working conditions， the overall stress level of the Xijiang Dam is low and uniformly distributed， while meeting The “Technical Guidelines for Cemented Granular Dam Construction” SL678-2014 stipulates that the compressive safety factor is no less than 4. The research results broaden the selection of materials for cemented sand-gravel dams and provide a theoretical basis for the Xijiang Dam Project.
胶结砂砾石坝 / 强风化料 / 抗压强度 / 应力-应变分析 {{custom_keyword}} /
cemented material dam / strongly weathered material / compressive strength / stress-strain analysis {{custom_keyword}} /
表1 骨料性能指标检测结果 |
| 骨料种类 | 单轴抗压强度/MPa | 软化系数 | 点荷载强度/MPa | 压碎指标/% | 表观密度/（kg·m-3） | 含泥量/ % | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 气干状态 | 饱和状态 | 气干状态 | 饱和状态 | 中石 | 小石 | ||||
| 微风化料 | 85.8 | 58.9 | 0.69 | 4.4 | 1.9 | 14.1 | 2 701 | 2 726 | 7.9 |
| 强风化料 | 18.7 | 11.3 | 0.60 | 1.2 | 0.7 | 30.2 | 2 538 | 2 502 | 13.1 |
表2 各试验组胶结砂砾石配合比 |
| 试验 序号 | 强风化料占比/ % | 原材料用量/（kg·m-3） | 砂率/ % | 外加剂/ % | VC/ s | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 砂 | 石子 | 水 | 粉煤灰 | 水泥 | |||||
| 1 | 0 | 649 | 1 507 | 110 | 60 | 60 | 30 | 0.5 | 7.2 |
| 2 | 20 | 650 | 1 497 | 110 | 60 | 60 | 8.3 | ||
| 3 | 40 | 664 | 1 518 | 110 | 60 | 60 | 8.6 | ||
| 4 | 60 | 658 | 1 503 | 110 | 60 | 60 | 4.1 | ||
| 5 | 80 | 665 | 1 515 | 110 | 60 | 60 | 5.2 | ||
| 6 | 100 | 661 | 1 501 | 110 | 60 | 60 | 4.6 | ||
表3 弹性模量试验结果 |
| 试块编号 | P 1/N | P 2 /N | A/mm2 | ΔL/mm | L/mm | EC /GPa | 平均值/GPa |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1-1 | 8 859 | 68 599 | 17 662.5 | 0.035 4 | 150 | 15.9 | 15.6 |
| 1-2 | 8 859 | 67 903 | 17 662.5 | 0.036 6 | 15.1 | ||
| 1-3 | 8 859 | 75 772 | 17 662.5 | 0.038 5 | 16.0 | ||
| 4-1 | 8 859 | 57 515 | 17 662.5 | 0.038 5 | 10.7 | 12.1 | |
| 4-2 | 8 859 | 58 824 | 17 662.5 | 0.033 9 | 12.6 | ||
| 4-3 | 8 859 | 59 043 | 17 662.5 | 0.032 4 | 13.1 |
表4 西江大坝溢流坝段各部位材料参数表 |
| 坝体部位 | 密度/（kg·m-3） | 弹性模量/GPa | 厚度/m | 泊松比 |
|---|---|---|---|---|
| 弱风化基岩 | 2 400 | 20 | 15.0 | 0.200 |
| 微风化基岩 | 2 450 | 25 | 30.0 | 0.200 |
| 新鲜岩石 | 2 450 | 30 | 90.0 | 0.200 |
| 上半部分坝体 | 2 300 | 12 | 22.5 | 0.210 |
| 下半部分坝体 | 2 350 | 15 | 22.5 | 0.210 |
| 上、下游保护层 | 2 400 | 20 | 2.5 | 0.200 |
| 垫层 | 2 400 | 22 | 2.0 | 0.167 |
表5 特征部位应力 (MPa) |
| 工况 | 小主应力 | 大主应力 | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 坝趾 | 坝踵 | 坝顶 | 坝趾 | 坝踵 | 坝顶 | |
| 完建期 | -0.072 3 | -0.069 5 | -0.003 0 | -1.240 0 | -1.150 0 | -0.104 0 |
| 正常蓄水位 | -0.173 | -0.179 | -0.009 | -1.410 | -0.709 | -0.117 |
表6 特征部位位移 (mm) |
| 部位 | 正常蓄水位 | 完建工况 | ||
|---|---|---|---|---|
| 水平 | 竖向 | 水平 | 竖向 | |
| 坝体顶部 | 1.537 | -3.342 | 0.006 4 | -2.95 |
| 坝踵 | 0.722 | -1.870 | 0.024 4 | -1.47 |
| 坝趾 | 0.858 | -1.950 | -0.034 5 | -1.53 |
| 1 |
贾金生，刘宁，郑璀莹，等.胶结颗粒料坝研究进展与工程应用［J］.水利学报，2016，47（3）：315-323.
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|
| 2 |
贾金生，郑璀莹，王月，等.胶结颗粒料坝筑坝理论探讨与实践进展［J］.中国科学：技术科学，2018，48（10）：1 049-1 056.
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|
| 3 |
蔡新，杨杰，郭兴文. 胶凝砂砾石坝研究综述［J］. 河海大学学报（自然科学版），2015，43（5）：431-441.
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|
| 4 |
王朝菲. 西江水库胶结料力学性能研究与大坝应力应变分析［D］.郑州：郑州大学，2020.
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|
| 5 |
陈昊，胡其德，王彤彤，等.金鸡沟水库软岩胶结材料筑坝技术研究［J］. 四川水利，2020，41（2）：6-9.
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|
| 6 |
贾金生，马锋玲，李新宇，等.胶凝砂砾石坝材料特性研究及工程应用［J］.水利学报，2006（5）：578-582.
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|
| 7 |
冯炜，贾金生，马锋玲.胶凝砂砾石坝筑坝材料耐久性能研究及新型防护材料的研发［J］.水利学报，2013，44（4）：500-504.
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|
| 8 |
贾金生，刘中伟，郑璀莹，等.胶结人工砂石筑坝材料性能研究［J］.中国水利水电科学研究院学报，2019，17（1）：16-23.
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|
| 9 |
苏乐香，彭汉诗，何蕴龙.覆盖层地基上惠水胶凝砂砾石拦河坝防渗设计方案研究［J］. 中国农村水利水电，2019（9）：187-194.
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|
| 10 |
何蕴龙，彭云枫，熊堃. Hardfill坝筑坝材料工程特性分析［J］. 水利与建筑工程学报，2007（4）：1-6.
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|
| 11 |
何蕴龙，张劭华，石熙冉. 胶凝砂砾石坝抗震特性及其地震作用计算方法［J］. 水利学报，2016，47（5）：589-598.
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|
| 12 |
何蕴龙，彭云枫，熊堃. Hardfill坝结构特性分析［J］. 水力发电学报，2008，27（6）：68-72.
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|
| 13 |
中华人民共和国水利部，胶结颗粒料筑坝技术导则（S L678 -2014）［Z］.2014-6-28.
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|
| 14 |
中国水利水电科学研究院. SL352-2006 水工混凝土试验规程 ［S］.北京：中国水利水电版社，2006
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|
| 15 |
杨会臣.胶凝砂砾石坝结构设计研究与工程应用［D］. 北京：中国水利水电科学研究院，2013.
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图1 风化砂砾石料
表1 骨料性能指标检测结果表2 各试验组胶结砂砾石配合比图2 复掺胶结砂砾石抗压强度图3 抗压强度提升效果表3 弹性模量试验结果图4 西江大坝溢流坝段模型图图5 网格划分图表4 西江大坝溢流坝段各部位材料参数表图6 各工况下坝体-地基系统应力云图（单位：Pa）表5 特征部位应力 (MPa)图7 各工况下坝体-地基系统位移云图（单位：mm）表6 特征部位位移 (mm)
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