碾壓混凝土室內(nèi)試驗和壓水試驗滲透系數(shù)間-關(guān)系

1、碾壓混凝土室內(nèi)試驗和壓水試驗滲透系數(shù)間-關(guān)系            摘要：本文對江埡大壩二級配、三級配碾壓混凝土的室內(nèi)試驗和壓水試驗滲透系數(shù)值進行了統(tǒng)計分析，并作出了各自的積累概率曲線。根據(jù)累積概率曲線得出了6種保證率下二級配、三級配碾壓混凝土室內(nèi)試驗和壓水試驗的滲透系數(shù)值，并用最小二乘法擬合得出二級配、三級配碾壓混凝土室內(nèi)試驗和壓水試驗滲透系數(shù)間的線性關(guān)系式。擬合結(jié)果表明室內(nèi)試驗和壓水試驗滲透系數(shù)間存在很好的線性相關(guān)關(guān)系。根據(jù)上述線性關(guān)系式，可利用室內(nèi)試驗滲透系數(shù)來預(yù)測壓水

2、試驗滲透系數(shù)。 關(guān)鍵詞：碾壓混凝土 室內(nèi)試驗 壓水試驗 滲透系數(shù) 線性相關(guān)關(guān)系  目前世界上已建和在建的碾壓混凝土壩已超過200座。由于碾壓混凝土壩存在眾多的層(縫)面，其滲透指標(biāo)是評價其質(zhì)量的一個重參數(shù)，而滲透系數(shù)是評定碾壓混凝土滲透性的主要滲透指標(biāo)。目前測定碾壓混凝土滲透系數(shù)有室內(nèi)芯樣滲透試驗和現(xiàn)場壓水試驗兩種。壓水試驗需在碾壓混凝土壩施工現(xiàn)廚行，存在一定的壩面施工干擾，試段壓力過大還會對壩體產(chǎn)生不良影響。此外，相對室內(nèi)試驗來說，現(xiàn)場壓水試驗更耗費人力、物力。故若能根據(jù)室內(nèi)試驗滲透系數(shù)來預(yù)測現(xiàn)場壓水試驗滲透系數(shù)，就可為碾壓混凝土滲透性指標(biāo)的獲得創(chuàng)造簡化的條件。根據(jù)國內(nèi)外一些已建碾

3、壓混凝土壩室內(nèi)試驗和壓水試驗滲透系數(shù)的資料來看，壓水試驗滲透系數(shù)一般比室內(nèi)試驗滲透系數(shù)大2個數(shù)量級左右，但還沒有建立起兩者之間的相關(guān)關(guān)系。本文將根據(jù)江埡大壩二級配、三級配碾壓混凝土室內(nèi)試驗滲透系數(shù)和壓水試驗滲透系數(shù)的統(tǒng)計分析結(jié)果，來擬合碾壓混凝土室內(nèi)試驗和壓水試驗滲透系數(shù)間的相關(guān)關(guān)系式。1 工程簡介×108m3，電站裝機3000 MW，工程具有防洪、發(fā)電、灌溉、航運以及供水等綜合作用。擋水建筑物采用碾壓混凝土重力壩，最大壩高為131m.重力壩基礎(chǔ)設(shè)置2.0m厚的三級配常態(tài)混凝土，標(biāo)號為C15，除預(yù)制廊道及壩頂結(jié)構(gòu)外采用全斷面碾壓混凝土，以三級配為主。防滲層是二級配碾壓混凝土，標(biāo)號為C

4、20.其上游為變態(tài)混凝(在二級配碾壓混凝土鋪料中另加一定量水泥漿并用插入式振搗器振搗形成厚度為30cm的混凝土稱變態(tài)混凝土)，在客觀上加強了防滲層。防滲層厚度依次為：高程165.0m以下采用8m，高程165.0m高程215.0m之間采用5m，高程215.0m高程240.0m之間采用3m.防滲層下游壩體為三級配碾壓混凝土，在高程190m以下其標(biāo)號為C15，在高程190m以上其標(biāo)號為C10.大壩采用分層填筑碾壓法施工，每30cm為一填筑碾壓層，層間結(jié)合面稱為層面，層面間的間隔時間在初凝時間內(nèi)，層面不作任何處理，超過初凝時間，又在24h之內(nèi)，則在攤鋪上層混凝土之前，需刮鋪2.0cm厚的砂漿；超過24

5、h按常規(guī)施工縫處理。一般最大層間允許間隔時間為6h.每填筑碾壓10層為一升程，其厚度為3m，每個升程結(jié)合面稱為縫面，縫面停歇時間較長，縫面處理按常態(tài)混凝土施工縫處理。江埡大壩混凝土方量為130×104m3，其中碾壓混凝土為105×104m3。2 室內(nèi)試驗和壓水試驗概況室內(nèi)滲透試驗在河海大學(xué)研制的KS-50B多功能高壓滲透儀上進行，試驗用碾壓混凝土芯樣取自已澆好的江埡碾壓混凝土大壩。芯樣類型有二級配碾壓混凝土、三級配碾壓混凝土和變態(tài)混凝土3種(每種碾壓混凝土均包括含層、含縫和本體芯樣)，芯樣為150mm×150mm的圓柱體，試驗步驟和試驗成果詳見“九·五”

6、攻關(guān)子題報告剔除少數(shù)滲透異常的芯樣后，共獲得107個有效的滲透系數(shù)數(shù)據(jù)，其中二級配碾壓混凝土67個，三級配碾壓混凝土22個，變態(tài)混凝土18個。為檢查碾壓混凝土    2007-04-25        施工質(zhì)量，中國水利水電科學(xué)研究院和湖南湘水基礎(chǔ)施工有限公司分別于1997年和1998年對江埡碾壓混凝土大壩高程158.0m以下壩體和高程160.0m高程191.0m壩體碾壓混凝土進行了現(xiàn)場壓水試驗。壓水試驗鉆孔孔徑為75mm，壓水試段長為1.5m(少數(shù)試段長1.0m、2.03m

7、、2.04m、2.4m、3.0m或6.0m)。壓水試驗鉆孔位置和壓水試驗成果詳見各報告江埡大壩現(xiàn)場壓水試驗報告(初稿).中國水利水電科學(xué)研究院結(jié)構(gòu)材料所。1997年10月。江埡水利樞紐工程大壩碾壓混凝土質(zhì)量檢查鉆孔取芯及現(xiàn)場壓水試驗報告。湖南湘水基礎(chǔ)施工有限公司，1998年5月。在統(tǒng)計分析之前，對前述壓水試驗的透水率數(shù)據(jù)作了取舍，即二級配碾壓混凝土中少量透水率大于3.0Lu以及三級配碾壓混凝土中少量透水率大于4.0Lu的試段屬于特殊非正常滲透，不列入統(tǒng)計樣本中，透水率為0.0Lu的試段也不列入統(tǒng)計樣本中。剔除上述試段后，總共有161段次的有效透水率數(shù)據(jù)，其中二級配碾壓混凝土123段次，三級配碾

8、壓混凝土38段次。3 室內(nèi)試驗滲透系數(shù)和壓水試驗滲透系數(shù)間的相關(guān)關(guān)系3.1 壓水試驗透水率與滲透系數(shù)間的換算關(guān)系要得出室內(nèi)試驗和壓水試驗滲透系數(shù)間的相關(guān)關(guān)系式，首先需把壓水試驗測得的透水率換算為滲透系數(shù)值。換算因子計算如下。假設(shè)壓水穩(wěn)定后的流型為輻射流型，則其滲透系數(shù)的計算公式為kQ2LplnR r0(1)式中：k 滲透系數(shù)，單位：cm/s；Q 滲流量，單位：cm3/s；L 試段長，單位：cm；R 影響半徑，單位：cm(對于非飽和帶壓水，一般取試段長度L3)；p 試段壓力值，單位：cm水頭；r0 鉆孔半徑，單位：cm.試段透水率計算公式為qQ/Lp(2)式中：q 試段透水率，單位：Lu；L 試

9、段長，單位：m；Q 滲流量，單位：L/min；p 試段壓力值，單位：MPa.把壓水試驗中的鉆孔半徑r03.75cm和試段長L150cm、300cm、240cm、204cm、203cm、100cm、600cm分別代入式(1)和式(2)，然后兩式相除，同時統(tǒng)一單位可得透水率(Lu值)和滲透系數(shù)(cm/s)的換算因子C，結(jié)果見表1.表1 透水率(Lu值)與滲透系數(shù)(cm/s)的換算因子    2007-04-25        試段長/cm換算因子10015020320424030

10、0600C×1063.2 室內(nèi)試驗和壓水試驗滲透系數(shù)的統(tǒng)計分析由于現(xiàn)場壓水試驗所得的滲透系數(shù)是反映層縫面和本體滲透性的綜合滲透系數(shù)，故為確定它與室內(nèi)試驗所測得的滲透系數(shù)間的關(guān)系，對應(yīng)的室內(nèi)試驗滲透系數(shù)應(yīng)是層縫面和本體滲透系數(shù)合起來的統(tǒng)計的結(jié)果。根據(jù)二級配、三級配碾壓混凝土室內(nèi)試驗滲透系數(shù)的頻率統(tǒng)計結(jié)果和頻率直方圖，先假設(shè)二級配、三級配碾壓混凝土室內(nèi)試驗滲透系數(shù)均服從對數(shù)正態(tài)分布，再用柯爾莫哥洛夫檢驗法對假設(shè)的分布函數(shù)進行檢驗，檢驗結(jié)果表明，二級配、三級配碾壓混凝土室內(nèi)試驗滲透系數(shù)均在顯著性水平。根據(jù)二級配、三級配碾壓混凝土室內(nèi)試驗滲透系數(shù)的統(tǒng)計特征值(見表2)作出的對數(shù)正態(tài)分布的累積

11、概率曲線如圖1所示。圖2 壓水試驗滲透系數(shù)對數(shù)正態(tài)分布的累積概率曲線  表2 二級配、三級配碾壓混凝土室內(nèi)試驗和壓水試驗滲透系數(shù)的統(tǒng)計特征值 混凝土類型 樣本容量n 均 值均方差變異系數(shù)Cv     2007-04-25         lgk k/(cms) 室內(nèi)試驗二級配67×10-9三級配22×10-8壓水試驗二級配123×10-7三級配38×10-7根據(jù)表1的換算因子將現(xiàn)場壓水試驗各試段的透水率(Lu值)換算為滲透系數(shù)值(cm/s)，同上可得出二級配、三級配碾壓混凝土現(xiàn)場壓水試驗滲透系數(shù)的統(tǒng)計特征值(見表2)和對數(shù)正態(tài)分布的累積概率曲線(見圖2).3.3 室內(nèi)試驗滲透系數(shù)和壓水試驗滲透系數(shù)間的線性相關(guān)關(guān)系