碾压式土石坝碾压次数的实验确定方法.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201610670720.8

申请日:

2016.08.16

公开号:

CN106320391A

公开日:

2017.01.11

当前法律状态:

实审

有效性:

审中

法律详情:

实质审查的生效IPC(主分类):E02D 33/00申请日:20160816|||公开

IPC分类号:

E02D33/00; E02D3/02

主分类号:

E02D33/00

申请人:

中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司

发明人:

张琦; 李建; 朱先文; 王晓东; 陈思帆

地址:

610072 四川省成都市青羊区浣花北路一号

优先权:

专利代理机构:

成都虹桥专利事务所(普通合伙) 51124

代理人:

许泽伟

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内容摘要

本发明公开了一种碾压式土石坝碾压次数的实验确定方法,属于地质工程施工技术领域,提供一种全新的、间接考虑坝体沉降率影响的,针对碾压式土石坝碾压次数的实验确定方法,可获得满足土石坝沉降要求的最佳碾压次数。本方法通过进行碾压实验,并通过相应公式计算后获得压实度λi和冗余沉降率γi等参数,然后在满足相应条件下,根据实验确定出最佳的碾压次数作为实际施工时的碾压次数。由于冗余沉降率γi是单层铺料的沉降率体现,而大坝竣工后最终的沉降率实际与单层铺料的冗余沉降率γi呈正比相关性。因此,由发明所确定的碾压次数,其既能满足规范要求的竣工后坝顶沉降量与坝高的比值不大于1%的要求;又能兼顾最优的经济性。

权利要求书

1.碾压式土石坝碾压次数的实验确定方法,其特征在于:包括如下步骤:
A、记录土石料单层铺料的初始厚度ΔH;
B、对单层铺料进行碾压实验,记录碾压次数Ni以及测量并记录每次碾压后该单层铺料
的总沉降量Δi;其中,i取大于等于1的正整数;
C、确定单层铺料达到基本稳定时的碾压次数Nmax以及此时该单层铺料的总沉降量
Δmax;所谓单层铺料达到基本稳定是指:在后一次碾压后测得该单层铺料的总沉降量Δnext
与在前一次碾压后测得该单层铺料的总沉降量Δpre的差值Δnext-Δpre≤0.1cm,此时即认
为在后一次碾压次数为Nmax;
D、计算各碾压次数Ni对应的压实度λi和冗余沉降率γi;其中,λi=Δi/Δmax×100%;冗
余沉降率γi=(Δmax-Δi)/ΔH×100%;
E、取满足γi≤1%条件下所对应的最小碾压次数为Nmin1;取满足λi≥93%条件下所对
应的最小碾压次数为Nmin2;
F、取Nmin1和Nmin2中的较大值作为实际施工的碾压次数。
2.如权利要求1所述的碾压式土石坝碾压次数的实验确定方法,其特征在于:在步骤F
中,对于Nmin2的取值按如下情况划分:
1)、当土石坝为一级坝或者二级坝时,取满足λi≥95%条件下所对应的最小碾压次数为
Nmin2;
2)、当土石坝为三级坝及以下时,取值λi≥93%条件下所对应的最小碾压次数为Nmin2。
3.如权利要求1或2所述的碾压式土石坝碾压次数的实验确定方法,其特征在于:单层
铺料的理论厚度可为20mm、25mm、30mm、35mm或者40mm。

说明书

碾压式土石坝碾压次数的实验确定方法

技术领域

本发明属于地质工程施工技术领域,涉及一种碾压式土石坝碾压次数的实验确定
方法。

背景技术

根据《DLT5395-2007碾压式土石坝设计规范》,一般土石坝都应进行垂直变形,即
沉降分析,估算在土体自重及其他外荷载作用下,坝体及坝基的总沉降量和竣工时的沉降
量。确定竣工时坝顶应预留的超高,以及预估坝体各个部位的不均匀沉降量和不均匀沉降
梯度,判断发生裂缝的可能性及应采取防止裂缝的工程措施。当计算的竣工后坝顶沉降量
与坝高的比值大于1%时,应在分析计算成果的基础上,论证选择的坝料填筑标准的合理性
和采取工程措施的必要性。众所周知,土石坝变形分析由于涉及因素太多,难以准确估计,
因此规范堆石的碾压质量可用施工参数及用轻型击实或者重型击实实验的最大干密度乘
以压实度的设计干密度进行控制。而施工参数一般包括碾压设备的型号、振动频率及重量、
行迸速度、铺筑厚度、加水量、碾压遍数等,其一般通过碾压实验取得。针对碾压实验,可以
取得诸如碾压设备的型号、振动频率及重量、行迸速度、铺筑厚度、加水量、碾压遍数等参
数,通常的作法是固定其它参数,对研究的量进行实验统计,并画出曲线找出曲线的拐点,
并认为拐点值即是兼顾经济性与压实性最优点。但是这种方法未体现出对坝体沉降率的要
求,尤其是对高土石可能最优拐点法不能满足对坝体沉降的控制。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种全新的、间接考虑坝体沉降率影响的,针对碾
压式土石坝碾压次数的实验确定方法,可获得满足土石坝沉降要求的最佳碾压次数。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:碾压式土石坝碾压次数的实验确定
方法,包括如下步骤:

A、记录土石料单层铺料的初始厚度ΔH;

B、对单层铺料进行碾压实验,记录碾压次数Ni以及测量并记录每次碾压后该单层
铺料的总沉降量Δi;其中,i取大于等于1的正整数;

C、确定单层铺料达到基本稳定时的碾压次数Nmax以及此时该单层铺料的总沉降量
Δmax;所谓单层铺料达到基本稳定是指:第一次出现在后一次碾压后测得该单层铺料的总
沉降量Δnext与在前一次碾压后测得该单层铺料的总沉降量Δpre的差值Δnext-Δpre≤
0.1cm,此时即认为在后一次碾压次数为Nmax;

D、计算各碾压次数Ni对应的压实度λi和冗余沉降率γi;其中,λi=Δi/Δmax×
100%;冗余沉降率γi=(Δmax-Δi)/ΔH×100%;

E、取满足γi≤1%条件下所对应的最小碾压次数为Nmin1;取满足λi≥93%条件下
所对应的最小碾压次数为Nmin2;

F、取Nmin1和Nmin2中的较大值作为实际施工的碾压次数。

进一步的是:在步骤F中,对于Nmin2的取值按如下情况划分:

1)、当土石坝为一级坝或者二级坝时,取满足λi≥95%条件下所对应的最小碾压
次数为Nmin2;

2)、当土石坝为三级坝及以下时,取值λi≥93%条件下所对应的最小碾压次数为
Nmin2。

进一步的是:土石料单层铺料的理论厚度可为20mm、25mm、30mm、35mm或者40mm。

本发明的有益效果是:通过采用本发明所述的方法,可获得最优的碾压次数,其通
过碾压实验,并通过公式计算后获得压实度λi和冗余沉降率γi等参数,然后在满足相应条
件下,根据实验确定出最佳的碾压次数作为实际施工时的碾压次数。由于冗余沉降率γi是
单层铺料在设定碾压次数后可能发生的沉降率体现,而大坝竣工后最终的沉降率实际与单
层铺料的冗余沉降率γi呈相关性,并且理论上,当冗余沉降率γi越小,则最终大坝的沉降
率越小。这样,通过本发明所述的方法确定的碾压次数,其既能满足规范要求的竣工后坝顶
沉降量与坝高的比值不大于1%的要求;又能兼顾最优的经济性。

附图说明

图1为不同铺料厚度下,压实度λi与碾压次数关系曲线图;

图2为不同铺料厚度下,冗余沉降率γi与碾压次数关系曲线图;

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明进一步说明。需要指出的是,本发明中所指的碾
压式土石坝,是指通过将土石料用分层碾压的方法建成的坝体。本发明是针对碾压式土石
坝施工中对于每层土石料所需碾压次数的实验确定方法;即通过碾压实验确定土石坝施工
过程中每层铺料的碾压次数。当然,本发明中通过碾压实验确定的碾压次数,是在除碾压次
数以外的其余参数已经确定的情况下进行的实验选取,该其余的参数包括如土石料成分、
选用的碾压设备型号、振动频率、行迸速度、含水量等参数;至于对于该其余的参数的选取
或者确定,并非本发明所涉及的具体方案。

本发明所述的碾压式土石坝碾压次数的实验确定方法,在除了碾压次数Ni以外的
其它参数已定的情况下,包括如下步骤:

A、记录土石料单层铺料的初始厚度ΔH;

B、对单层铺料进行碾压实验,记录碾压次数Ni以及测量并记录每次碾压后该单层
铺料的总沉降量Δi;其中,i取大于等于1的正整数;

C、确定单层铺料达到基本稳定时的碾压次数Nmax以及此时该单层铺料的总沉降量
Δmax;所谓单层铺料达到基本稳定是指:第一次出现在后一次碾压后测得该单层铺料的总
沉降量Δnext与在前一次碾压后测得该单层铺料的总沉降量Δpre的差值Δnext-Δpre≤
0.1cm,此时即认为在后一次碾压次数为Nmax;

D、计算各碾压次数Ni对应的压实度λi和冗余沉降率γi;其中,λi=Δi/Δmax×
100%;冗余沉降率γi=(Δmax-Δi)/ΔH×100%;

E、取满足γi≤1%条件下所对应的最小碾压次数为Nmin1;取满足λi≥93%条件下
所对应的最小碾压次数为Nmin2;

F、取Nmin1和Nmin2中的较大值作为实际施工的碾压次数。

需要指出的是,上述碾压实验,是本领域的一种常规实验方法,其具体的实验步骤
可参照《碾压式土石坝施工规范》DL/T529-2013中第43页的“A.4碾压实验”所述的具体步骤
进行。当然,在进行本发明所述的碾压实验过程中,所选用的土石料、选用的碾压设备等均
应当与实际土石坝施工时所对应的实际土石料和实际碾压设备等一致。这样才能保证土石
坝修筑后实际的碾压效果与实验的结果一致。另外,本发明中个步骤内的参数中的各下标,
表明的是某一特定的碾压次数下对应的参数,例如Ni表明的是某一碾压次数,当下标i取值
为10时,即N10表示第十次碾压。

另外,一般情况下,在步骤A中,记录土石料单层铺料的初始厚度ΔH时,土石料单
层铺料的理论铺设厚度可取20mm、25mm、30mm、35mm或者40mm中的一种。也就是,在步骤A之
前,进行土石料的单层铺料时,应当确定一个理念铺料厚度,然后再在理论铺设厚度的情况
下,进行单层土石料的实际铺料,然后通过测量记录其实际的初始厚度ΔH。当然,由于实际
铺料和测量中存在一定的误差,因此允许实际铺料厚度与理论铺料厚度之间存在一定的厚
度差。另外,本发明还可在实验过程中,通过对各种不同单层铺料的理论厚度分别进行实
验,以获得不同理论铺料厚度的情况下的对比实验,然后再根据实际情况选取相应的最优
理念铺料厚度。

另外,还需要指出的是,上述所谓单层铺料达到基本稳定所指:第一次出现在后一
次碾压后测得该单层铺料的总沉降量Δnext与在前一次碾压后测得该单层铺料的总沉降量
Δpre的差值Δnext-Δpre≤0.1cm,此时即认为在后一次碾压次数为Nmax。由于本发明中Δnext
和Δpre都是通过人为测量获得的,因此测量过程中必然存在测量误差;因而由于测量误差
的存在,当第一次出现Δnext-Δpre≤0.1cm的情况时,即表明额外增加的碾压次数已经无法
使得铺料厚度发生明显的变化,即之后再增加的碾压次数所对应的总沉降量Δi已经不再
发生明显变化,取而代之的是总沉降量Δi可能在较小的幅度范围内发生波动。

对于上述步骤E,其实际是通过分别满足压实度λi和冗余沉降率γi的条件去选取
相应的最小碾压次数(Nmin1和Nmin2),然后对于上述步骤F,则是在步骤E中选取出的两个最小
碾压次数(Nmin1和Nmin2)中取出较大值作为实际施工的碾压次数。通过步骤E和步骤F后,可使
得最终确定出的碾压次数能同时满足压实度λi和冗余沉降率γi的条件要求。进而确保最终
砌筑后的土石坝能满足相应的质量要求。

本发明中,通过直接控制单层土石料的冗余沉降率γi≤1%,因此,对应于碾压式
土石坝而言,由于其每层土石料的冗余沉降率γi≤1%,故可基本保证大坝在修筑后总体
的沉降率小于1%。这样,即可基本满足竣工后坝顶沉降量与坝高的比值小于1%的要求。

更具体的,考虑到在相应的规范文件中,如在《DLT5395-2007碾压式土石坝设计规
范》中,有根据土石坝的分级不同,需要土石坝碾压后的压实度满足不同要求;为了适应对
不同的土石坝分级,本发明中在步骤F中,对于Nmin2的取值可按如下情况划分:1)、当土石坝
为一级坝或者二级坝时,取满足λi≥95%条件下所对应的最小碾压次数为Nmin2;2)、当土石
坝为三级坝及以下时,取值λi≥93%条件下所对应的最小碾压次数为Nmin2。

下面结合某一级土石坝的碾压实验数据对本发明做进一步的阐述,并且下表1中
同时对三种不同的理论铺料厚度分别进行了实验具体数据参照下表1.。需要指出的是,实
际铺料厚度由于误差的原因,因此与理论铺料厚度存在一定的误差,这种误差是允许的;另
外,本次实验中,每记录一次数据,实际是对单层铺料进行了来回碾压,因此实际相当于每
碾压两次记录一次数据;或者可以理解为对单层铺料进行一次来回碾压作为本发明中所指
的一次碾压次数Ni。

表1不同铺料厚度下各碾压次数对应的总沉降量实验数据



以上表1中理论铺料厚度25cm对应的数据为例,其中,Ni对应的一栏数据和Δi对应
的一栏数据均为实验的记录数据;而λi对应的一栏数据和γi对应的一栏数据则需要通过相
应的公式计算后得到。其中,从Δi对应的一栏数据中,可以发现第14次碾压对应的数据与
第12碾压所对应的数据之间的差值(4.61-4.56=0.05mm)小于0.1cm;因此,可认定碾压14
次时铺料已经达到基本稳定;因此可取Nmax=N14,Δmax=Δ14=4.61cm;之后,根据相应的公
式即可得到各λi对应的数据和各γi对应的数据,具体可参照上表1中所示。

通过上表1中得到的各λi对应的数据和各γi对应的数据;在满足γi≤1%条件下
所对应的最小碾压次数Nmin1取N10,即需要碾压10次;在满足λi≥93%条件下所对应的最小
碾压次数Nmin2取N 10,即需要碾压10次;这样可确定出最终作为实际施工的碾压次数为10
次。另外,在不同土石坝分级的情况下,对于Nmin2的选取有不同的λi条件要求时,具体的碾压
次数将可能不同;当然,上述情况下,当土石坝为一级坝或者二级坝时,在满足λi≥95%条
件下所对应的最小碾压次数Nmin2实际也是N 10。

另外,从上表1、图1和图2中可进一步发现,通过对不同理论铺料厚度的实验,发现
在上述25cm、30cm、35cm的不同理论铺料厚度下,对实际需要的碾压次数没有显著的影响,
通过综合分析判定后可得出实际的最优碾压次数取值为10次。

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本发明公开了一种碾压式土石坝碾压次数的实验确定方法,属于地质工程施工技术领域,提供一种全新的、间接考虑坝体沉降率影响的,针对碾压式土石坝碾压次数的实验确定方法,可获得满足土石坝沉降要求的最佳碾压次数。本方法通过进行碾压实验,并通过相应公式计算后获得压实度i和冗余沉降率i等参数,然后在满足相应条件下,根据实验确定出最佳的碾压次数作为实际施工时的碾压次数。由于冗余沉降率i是单层铺料的沉降率体现,而大坝。

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