粗颗粒坝料级配动力特性试验研究

粗颗粒坝料级配动力特性试验研究

张峰水库位于山西省山西市沁水县郑庄市张峰村的沁河支流，距市区90公里。库库以上的沁河支流长224公里，控制面积40000公里。总库3.92亿3m，多年平均库水面积4.15亿3m。张峰水库是一个集城市生活、工业供水、农村人畜饮水于一体的蓄水储水项目，考虑到防洪、蓄水等综合利用。枢纽工程等级为等，100年一遇洪水设计，2000年一遇洪水调整，地震控制烈度7度。水库为粘土斜心墙桩石坝，最大坝高72.2m。由于水库位于高地震烈度地区，因此有必要深入研究水库材料的动力工程性质，根据试验结果，对水库的动态安全分析提供相关参数。1粗粒土静动试验试验的坝料是散装的堆石料、坝基卵石料和过渡料3种,每种分2个级配,试料的级配见表1.张峰水库坝料的动力特性试验在1000kN电液伺服粗粒土静、动三轴试验机上进行的.试样尺寸Φ30×75(cm),振动波形为正弦波,激振频率为0.33Hz,制样密度2.1g/cm3,试样饱和度达到95%以上.试验项目主要有动强度、动模量及阻尼比.控制条件:①2种堆石料进行等压固结,Kc=1,围压分别为200,600,1000,1600kPa;②2种坝基卵石料进行不等压固结,Kc=1.5,围压同上;③2种过渡料进行等压固结,Kc=1,围压同上.2测试材料的动态特性2.1试验结果的描述按轴向应变5%为破坏标准整理试验结果.由于每一级配下的试料在同一固结比、不同侧压力下,试验点都基本落在一狭窄条带内,为了清晰说明不同级配对试验结果的影响,用一条平均线代表一种级配的试料在同一固结比、不同侧压力下的动应力比值σd/(2σ3),得到动应力比值σd/(2σ3)与破坏振次Nf的关系曲线,如图1～3所示.从图中看出:对于同一类坝料,其级配中粗粒含量(粒径为60～10mm)多,则其动强度高,说明大粒径的粗料在试验中起着主要作用.动应力比值σd/(2σ3)与破坏振次Nf的关系在双对数坐标上可以表示成直线关系σd2σ3=ANf−B(1)σd2σ3=AΝf-B(1)式中:A为直线纵坐标截距;B为直线的斜率.2.2孔隙水压力测试在不排水的情况下,各种级配试样的孔隙水压力在振动期间均出现较大幅度增长.当固结比Kc=1℃,试样轴向应变达到破坏标准时,孔隙水压力已基本达到了固结侧压力.当固结比Kc=1.5,试样轴向应变达到破坏标准时,孔隙水压力达到了固结侧压力的70%～85%,见表2.在同一固结比、不同的固结压力下孔隙水压力的产生和变化规律可用u/σ3-N/Nf的关系表示,如图4所示.图4中:Nf为在不排水条件下达到破坏标准时的振次;N为任一振次;u/σ3为相应振次的孔压比.3种试料在不同的级配、不同的固结压力、不同振次下的孔压增长可近似地进行拟合.固结比Kc=1.0时uσ3=[1−(NNf−1)2]m(2)uσ3=[1-(ΝΝf-1)2]m(2)固结比Kc=1.5时uσ3=−(NNf)m+q(NNf)(3)uσ3=-(ΝΝf)m+q(ΝΝf)(3)式中:m,q为拟合参数.利用拟合参数可得到在试验范围内的任一时刻孔压变化值,见表2.2.3动模型和阻力原理2.3.1pampan4式最大动剪模量Gdmax与有效固结压力的关系为Gdmax=Kpa(σmpa)n(4)Gdmax=Κpa(σmpa)n(4)式中:pa为大气压力;σm为平均有效固结应力,σm=(σ1+2σ3)/3;K为直线在纵轴上的截距,常数;n为直线的斜率,常数.当K,n值确定之后,Gdmax是σm的指数函数.整理出的K,n值见表3.从动模量-阻尼比试验结果看,其结论与强度试验结果基本一致.2.3.2动剪应力应变拟合将求出的在不同动剪应变下的动剪模量比值Gd/Gdmax、阻尼比λd与剪应变γd的关系在半对数坐标纸上绘出,用Hardin经验公式对关系曲线分别进行拟合得出式中:w,a,b为拟合参数.参数确定后