粗顆粒壩料級配動力特性試驗研究

粗顆粒壩料級配動力特性試驗研究

張峰水庫位于山西省山西市沁水縣鄭莊市張峰村的沁河支流，距市區(qū)90公里。庫庫以上的沁河支流長224公里，控制面積40000公里?？値?.92億3m，多年平均庫水面積4.15億3m。張峰水庫是一個集城市生活、工業(yè)供水、農村人畜飲水于一體的蓄水儲水項目，考慮到防洪、蓄水等綜合利用。樞紐工程等級為等，100年一遇洪水設計，2000年一遇洪水調整，地震控制烈度7度。水庫為粘土斜心墻樁石壩，最大壩高72.2m。由于水庫位于高地震烈度地區(qū)，因此有必要深入研究水庫材料的動力工程性質，根據試驗結果，對水庫的動態(tài)安全分析提供相關參數。1粗粒土靜動試驗試驗的壩料是散裝的堆石料、壩基卵石料和過渡料3種,每種分2個級配,試料的級配見表1.張峰水庫壩料的動力特性試驗在1000kN電液伺服粗粒土靜、動三軸試驗機上進行的.試樣尺寸Φ30×75(cm),振動波形為正弦波,激振頻率為0.33Hz,制樣密度2.1g/cm3,試樣飽和度達到95%以上.試驗項目主要有動強度、動模量及阻尼比.控制條件:①2種堆石料進行等壓固結,Kc=1,圍壓分別為200,600,1000,1600kPa;②2種壩基卵石料進行不等壓固結,Kc=1.5,圍壓同上;③2種過渡料進行等壓固結,Kc=1,圍壓同上.2測試材料的動態(tài)特性2.1試驗結果的描述按軸向應變5%為破壞標準整理試驗結果.由于每一級配下的試料在同一固結比、不同側壓力下,試驗點都基本落在一狹窄條帶內,為了清晰說明不同級配對試驗結果的影響,用一條平均線代表一種級配的試料在同一固結比、不同側壓力下的動應力比值σd/(2σ3),得到動應力比值σd/(2σ3)與破壞振次Nf的關系曲線,如圖1～3所示.從圖中看出:對于同一類壩料,其級配中粗粒含量(粒徑為60～10mm)多,則其動強度高,說明大粒徑的粗料在試驗中起著主要作用.動應力比值σd/(2σ3)與破壞振次Nf的關系在雙對數坐標上可以表示成直線關系σd2σ3=ANf?B(1)σd2σ3=AΝf-B(1)式中:A為直線縱坐標截距;B為直線的斜率.2.2孔隙水壓力測試在不排水的情況下,各種級配試樣的孔隙水壓力在振動期間均出現較大幅度增長.當固結比Kc=1℃,試樣軸向應變達到破壞標準時,孔隙水壓力已基本達到了固結側壓力.當固結比Kc=1.5,試樣軸向應變達到破壞標準時,孔隙水壓力達到了固結側壓力的70%～85%,見表2.在同一固結比、不同的固結壓力下孔隙水壓力的產生和變化規(guī)律可用u/σ3-N/Nf的關系表示,如圖4所示.圖4中:Nf為在不排水條件下達到破壞標準時的振次;N為任一振次;u/σ3為相應振次的孔壓比.3種試料在不同的級配、不同的固結壓力、不同振次下的孔壓增長可近似地進行擬合.固結比Kc=1.0時uσ3=[1?(NNf?1)2]m(2)uσ3=[1-(ΝΝf-1)2]m(2)固結比Kc=1.5時uσ3=?(NNf)m+q(NNf)(3)uσ3=-(ΝΝf)m+q(ΝΝf)(3)式中:m,q為擬合參數.利用擬合參數可得到在試驗范圍內的任一時刻孔壓變化值,見表2.2.3動模型和阻力原理2.3.1pampan4式最大動剪模量Gdmax與有效固結壓力的關系為Gdmax=Kpa(σmpa)n(4)Gdmax=Κpa(σmpa)n(4)式中:pa為大氣壓力;σm為平均有效固結應力,σm=(σ1+2σ3)/3;K為直線在縱軸上的截距,常數;n為直線的斜率,常數.當K,n值確定之后,Gdmax是σm的指數函數.整理出的K,n值見表3.從動模量-阻尼比試驗結果看,其結論與強度試驗結果基本一致.2.3.2動剪應力應變擬合將求出的在不同動剪應變下的動剪模量比值Gd/Gdmax、阻尼比λd與剪應變γd的關系在半對數坐標紙上繪出,用Hardin經驗公式對關系曲線分別進行擬合得出式中:w,a,b為擬合參數.參數確定后