[發明專利]一種粗粒料原位載荷試驗確定顆粒破碎率的方法及應用

有效

• 申請號: 201910541531.4
• 申請日: 2019-06-21
• 公開（公告）號: CN110243681B
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發明（設計）人: 周恒;狄圣杰;陸希;張瑩
• 申請（專利權）人: 中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N15/02
• 代理公司: 西安吉盛專利代理有限責任公司 61108
• 代理人: 高云

本發明屬于水利水電工程領域，特別涉及一種粗粒料原位載荷試驗確定顆粒破碎率的方法及應用。本發明基于原位載荷試驗進行破碎率確定，由于是現場試驗，粗粒料級配、尺度等均與實際一致，判斷方法更符合實際情況；本發明通過初判、復判確定粗粒料破碎的范圍，方法更為精確，可為高土石壩建設提供精準依據；本發明充分利用了復合土工膜的延展性，既可以有效傳遞接觸荷載，又可以包裹粗粒料限定范圍，確保了前后顆粒分析試驗條件的一致，達到精確檢測的目的；本發明除了反映粗粒料原位載荷試驗高壓作用下的顆粒破碎外，也可以考慮分層碾壓過程中，粗粒料在大荷載高頻振動碾壓機作用下，顆粒破碎程度的影響，故更能精確反映實際最終顆粒破碎率。

技術領域

本發明屬于水利水電工程領域，特別涉及一種粗粒料原位載荷試驗確定顆粒破碎率的方法及應用。

背景技術

近年來，我國水利水電工程建設中，土石壩工程建設向著高、大趨勢發展，建設高度越來越高，從傳統200米級已發展到300米級，填筑方量也越來越大。隨之，高土石壩建設的填筑材料選取原則、填筑標準、變形特性、宏細觀破壞機理、滲流機制及對應的試驗方法等技術難點、科學問題已成為現今關注的焦點。

其中，粗粒料作為填筑的主要材料，其在高壓作用下的顆粒破碎及帶來的工程技術問題越來越突出，主要表現在以下幾個方面：

(1)由于土石壩壩體填筑越來越高，其豎向壓力及圍壓量級與傳統低壩發生根本性變化，以250米級土石壩為例，壩底部豎向壓力超過6MPa，在高壓作用下，顆粒破碎率與傳統低壩相比會發生質的變化；

(2)由于粗粒料料源場地的差異，粗粒料母巖巖性、顆粒級配和幾何形狀差異性較大，不同巖性、不同級配、不同棱角形狀的顆粒在高壓作用下，破碎程度和破碎率差異較大；

(3)粗粒料顆粒之間的接觸包括點與面、點與點、面與面等方式，在高壓壓實和剪切作用下，較容易發生顆粒破碎；

(4)顆粒破碎后，對于土石壩而言，顆粒間骨架會發生本質改變，破碎后的顆粒會充填到大顆粒孔隙中，整體體積減小，產生大的附加變形，或者顆粒破碎后，在高圍壓作用下產生剪脹現象或應力集中現象，影響壩體結構的整體安全穩定和變形。

鑒于此，需針對性地研究高壓作用下，粗粒料破碎率的精確確定方法，對于高土石壩確定方案可行性、設計分析、安全評估及保證工程質量意義重大。

顆粒破碎問題，主要依據顆粒破碎前后的級配曲線，對顆粒破碎前狀態和破碎后狀態進行顆粒分析評價，根據各粒徑分布的差異比值，獲取顆粒破碎率。然而，目前存在諸多問題亟待解決：

(1)針對顆粒破碎率，傳統方法往往采取室內試驗評價分析，缺乏采取原位載荷試驗分析評價的方法。由于粗粒料顆粒大小限制、室內試驗和原位試驗尺寸效應問題，現場試驗更能反映真實情況。而且根據要求，針對粗粒料需要開展多組原位載荷試驗，以評價其載荷變形情況，如何利用原位載荷試驗，進行粗粒料顆粒破碎率的評價分析值得大力開發；

(2)原位載荷試驗完成后，將載荷板下全部粗粒料開挖進行顆粒分析試驗不現實，為精確獲取顆粒破碎率，針對某類巖性的粗粒料，如何預估該巖性粗粒料的破壞應力條件，及如何評判、確定粗粒料的顆粒分析試驗范圍，是精確評估顆粒破碎率的關鍵因素；

(3)為了獲取精確的顆粒破碎率，需要保證載荷試驗前后，顆粒分析的顆粒范圍和數量條件一致，即原位載荷試驗加載前后，如何采取措施達到這一技術目標也較為重要；

(4)由于粗粒料在填筑過程中是分層碾壓的，且在大荷載高頻振動碾壓機作用下，顆粒破碎程度影響也相當大，碾壓過程中的顆粒破碎目前尚無相關技術能夠檢測，此部分因素對工程判定影響較大，也需要重點關注。

發明內容

本發明提供了一種粗粒料原位載荷試驗確定顆粒破碎率的方法及應用，目的在于提供一種更符合實際情況的精確確定顆粒破碎率方法。