一种粗粒料原位载荷试验确定颗粒破碎率的方法及应用技术

本发明专利技术属于水利水电工程领域，特别涉及一种粗粒料原位载荷试验确定颗粒破碎率的方法及应用。本发明专利技术基于原位载荷试验进行破碎率确定，由于是现场试验，粗粒料级配、尺度等均与实际一致，判断方法更符合实际情况；本发明专利技术通过初判、复判确定粗粒料破碎的范围，方法更为精确，可为高土石坝建设提供精准依据；本发明专利技术充分利用了复合土工膜的延展性，既可以有效传递接触荷载，又可以包裹粗粒料限定范围，确保了前后颗粒分析试验条件的一致，达到精确检测的目的；本发明专利技术除了反映粗粒料原位载荷试验高压作用下的颗粒破碎外，也可以考虑分层碾压过程中，粗粒料在大荷载高频振动碾压机作用下，颗粒破碎程度的影响，故更能精确反映实际最终颗粒破碎率。

A Method for Determining Particle Fragmentation Rate by In-situ Loading Test of Coarse Particles and Its Application

【技术实现步骤摘要】
一种粗粒料原位载荷试验确定颗粒破碎率的方法及应用
本专利技术属于水利水电工程领域，特别涉及一种粗粒料原位载荷试验确定颗粒破碎率的方法及应用。
技术介绍
近年来，我国水利水电工程建设中，土石坝工程建设向着高、大趋势发展，建设高度越来越高，从传统200米级已发展到300米级，填筑方量也越来越大。随之，高土石坝建设的填筑材料选取原则、填筑标准、变形特性、宏细观破坏机理、渗流机制及对应的试验方法等技术难点、科学问题已成为现今关注的焦点。其中，粗粒料作为填筑的主要材料，其在高压作用下的颗粒破碎及带来的工程技术问题越来越突出，主要表现在以下几个方面：(1)由于土石坝坝体填筑越来越高，其竖向压力及围压量级与传统低坝发生根本性变化，以250米级土石坝为例，坝底部竖向压力超过6MPa，在高压作用下，颗粒破碎率与传统低坝相比会发生质的变化；(2)由于粗粒料料源场地的差异，粗粒料母岩岩性、颗粒级配和几何形状差异性较大，不同岩性、不同级配、不同棱角形状的颗粒在高压作用下，破碎程度和破碎率差异较大；(3)粗粒料颗粒之间的接触包括点与面、点与点、面与面等方式，在高压压实和剪切作用下，较容易发生颗粒破碎；(4)颗粒破碎后，对于土石坝而言，颗粒间骨架会发生本质改变，破碎后的颗粒会充填到大颗粒孔隙中，整体体积减小，产生大的附加变形，或者颗粒破碎后，在高围压作用下产生剪胀现象或应力集中现象，影响坝体结构的整体安全稳定和变形。鉴于此，需针对性地研究高压作用下，粗粒料破碎率的精确确定方法，对于高土石坝确定方案可行性、设计分析、安全评估及保证工程质量意义重大。颗粒破碎问题，主要依据颗粒破碎前后的级配曲线，对颗粒破碎前状态和破碎后状态进行颗粒分析评价，根据各粒径分布的差异比值，获取颗粒破碎率。然而，目前存在诸多问题亟待解决：(1)针对颗粒破碎率，传统方法往往采取室内试验评价分析，缺乏采取原位载荷试验分析评价的方法。由于粗粒料颗粒大小限制、室内试验和原位试验尺寸效应问题，现场试验更能反映真实情况。而且根据要求，针对粗粒料需要开展多组原位载荷试验，以评价其载荷变形情况，如何利用原位载荷试验，进行粗粒料颗粒破碎率的评价分析值得大力开发；(2)原位载荷试验完成后，将载荷板下全部粗粒料开挖进行颗粒分析试验不现实，为精确获取颗粒破碎率，针对某类岩性的粗粒料，如何预估该岩性粗粒料的破坏应力条件，及如何评判、确定粗粒料的颗粒分析试验范围，是精确评估颗粒破碎率的关键因素；(3)为了获取精确的颗粒破碎率，需要保证载荷试验前后，颗粒分析的颗粒范围和数量条件一致，即原位载荷试验加载前后，如何采取措施达到这一技术目标也较为重要；(4)由于粗粒料在填筑过程中是分层碾压的，且在大荷载高频振动碾压机作用下，颗粒破碎程度影响也相当大，碾压过程中的颗粒破碎目前尚无相关技术能够检测，此部分因素对工程判定影响较大，也需要重点关注。
技术实现思路
本专利技术提供了一种粗粒料原位载荷试验确定颗粒破碎率的方法及应用，目的在于提供一种更符合实际情况的精确确定颗粒破碎率方法。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种粗粒料原位载荷试验确定颗粒破碎率的方法，包括如下步骤步骤一：填筑前的颗粒分析试验对现场粗粒料，进行填筑前的颗粒分析试验，确定各粒径含量；步骤二：初步选定颗粒破碎发生的范围模拟原位载荷试验过程，根据终止压力时得到的压应力分布曲线，参照粗粒料母岩极限抗压强度，初步选定颗粒发生颗粒破碎的应力上限、应力下限及深度；步骤三：颗粒破碎范围复判根据步骤二初步选定的颗粒破碎的应力上限、应力下限及深度，将应力计埋设在颗粒发生破碎应力上限分布曲线以上、破碎应力下限分布曲线以下和两界限曲线之间的粗粒料中，并监测加载过程中应力变化，进一步确定颗粒破碎范围；步骤四：原位载荷试验在其它要进行原位载荷试验的点位，将粗粒料用复合土工膜包裹，根据步骤三确定的颗粒破碎范围，开展原位载荷试验；步骤五：获取原位载荷颗粒试验数据步骤四的原位载荷试验完毕后，通过将复合土工膜所包裹粗粒料取出，进行粗粒料的颗粒分析试验，获得经过载荷试验加载、颗粒破碎后的各粒径含量；步骤六：对比分析将步骤五获取的原位载荷试验中的颗粒试验数据与步骤一现场粗粒料的各粒径含量进行对比，获得各粒径含量差值百分比，将各差值百分比进行累加，得到粗粒料颗粒破碎率。所述的步骤二中颗粒破碎应力上限分布曲线和破碎应力下限分布曲线的获取通过如下方式得到：利用有限元数值模拟分析方法，建立粗粒料模型，采用摩尔库伦本构模型和室内试验得到的物理力学参数，设定逐步荷载施加于边界，真实模拟原位载荷试验过程，根据终止压力时计算得到的破碎应力上限分布曲线和破碎应力下限分布曲线，参照粗粒料母岩极限抗压强度，初步选定颗粒发生颗粒破碎的应力上限和应力下限。所述的步骤三中的应力计布置不少于3组，每组应力计颗粒破碎的应力上限和下限设置个数不少于3个。所述的不少于3组的应力计呈圆形阵列布设，包络应力破碎范围。所述的3个应力计分别在破碎应力上限分布曲线上限界线以上布置一个、破碎应力下限分布曲线下限界线以下布置一个、上限界线与下限界线之间布置一个。所述的步骤四中的原位载荷试验是根据步骤三确定的颗粒破碎范围，在分层碾压填筑过程中，利用复合土工膜包裹粗粒料行分层碾压填筑，碾压填筑完毕后，安装载荷板，并逐级施加荷载而进行的。一种粗粒料原位载荷试验确定颗粒破碎率的方法在高土石坝建设可行性、设计分析及安全评估中的应用。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术基于原位载荷试验开展破碎率确定工作，由于是现场试验，粗粒料级配、尺度等均与实际一致，判断方法更符合实际情况；(2)本专利技术通过初判、复判确定粗粒料破碎的范围，方法更为精确，可为高土石坝建设提供精准依据；(3)本专利技术充分利用了复合土工膜的延展性，既可以有效传递接触荷载，又可以包裹粗粒料限定范围，确保了前后颗粒分析试验条件的一致，达到精确检测的目的；(4)本专利技术由于采用包裹的粗粒料进行颗粒分析试验，除了反映粗粒料原位载荷试验高压作用下的颗粒破碎外，也可以考虑分层碾压过程中，粗粒料在大荷载高频振动碾压机作用下，颗粒破碎程度的影响，故更能精确反映实际最终颗粒破碎率。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚的了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合附图详细说明如后。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术流程图；图2本专利技术物理力学模拟分析的应力分布曲线示意图；图3是本专利技术原位载荷试验应力计布置立面示意图；图4是本专利技术原位载荷试验应力计布置平面示意图；图5是本专利技术原位载荷试验复合土工膜布置立面示意图。图中，1-粗粒料；2-模拟分析的约束边界；3-载荷板；4-施加荷载；5-破碎应力上限分布曲线；6-破碎应力下限分布曲线；7-分层碾压填筑；8-应力计；9-复合土工膜。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种粗粒料原位载荷试验确定颗粒破碎率的方法，其特征在于：包括如下步骤步骤一：填筑前的颗粒分析试验对现场粗粒料(1)，进行填筑前的颗粒分析试验，确定各粒径含量；步骤二：初步选定颗粒破碎发生的范围模拟原位载荷试验过程，根据终止压力时得到的压应力分布曲线，参照粗粒料(1)母岩极限抗压强度，初步选定颗粒发生颗粒破碎的应力上限、应力下限及深度；步骤三：颗粒破碎范围复判根据步骤二初步选定的颗粒破碎的应力上限、应力下限及深度，将应力计(8)埋设在颗粒发生破碎应力上限分布曲线(5)以上、破碎应力下限分布曲线(6)以下和两界限曲线之间的粗粒料(1)中，并监测加载过程中应力变化，进一步确定颗粒破碎范围；步骤四：原位载荷试验在其它要进行原位载荷试验的点位，将粗粒料(1)用复合土工膜(9)包裹，根据步骤三确定的颗粒破碎范围，开展原位载荷试验；步骤五：获取原位载荷颗粒试验数据步骤四的原位载荷试验完毕后，通过将复合土工膜(9)所包裹粗粒料(1)取出，进行粗粒料(1)的颗粒分析试验，获得经过载荷试验加载、颗粒破碎后的各粒径含量；步骤六：对比分析将步骤五获取的原位载荷试验中的颗粒试验数据与步骤一现场粗粒料(1)的各粒径含量进行对比，获得各粒径含量差值百分比，将各差值百分比进行累加，得到粗粒料(1)颗粒破碎率。...

【技术特征摘要】
1.一种粗粒料原位载荷试验确定颗粒破碎率的方法，其特征在于：包括如下步骤步骤一：填筑前的颗粒分析试验对现场粗粒料(1)，进行填筑前的颗粒分析试验，确定各粒径含量；步骤二：初步选定颗粒破碎发生的范围模拟原位载荷试验过程，根据终止压力时得到的压应力分布曲线，参照粗粒料(1)母岩极限抗压强度，初步选定颗粒发生颗粒破碎的应力上限、应力下限及深度；步骤三：颗粒破碎范围复判根据步骤二初步选定的颗粒破碎的应力上限、应力下限及深度，将应力计(8)埋设在颗粒发生破碎应力上限分布曲线(5)以上、破碎应力下限分布曲线(6)以下和两界限曲线之间的粗粒料(1)中，并监测加载过程中应力变化，进一步确定颗粒破碎范围；步骤四：原位载荷试验在其它要进行原位载荷试验的点位，将粗粒料(1)用复合土工膜(9)包裹，根据步骤三确定的颗粒破碎范围，开展原位载荷试验；步骤五：获取原位载荷颗粒试验数据步骤四的原位载荷试验完毕后，通过将复合土工膜(9)所包裹粗粒料(1)取出，进行粗粒料(1)的颗粒分析试验，获得经过载荷试验加载、颗粒破碎后的各粒径含量；步骤六：对比分析将步骤五获取的原位载荷试验中的颗粒试验数据与步骤一现场粗粒料(1)的各粒径含量进行对比，获得各粒径含量差值百分比，将各差值百分比进行累加，得到粗粒料(1)颗粒破碎率。2.如权利要求1所述的一种粗粒料原位载荷试验确定颗粒破碎率的方法，其特征在于，所述的步骤二中颗粒破碎应力上限分布曲线(5)和破碎应力下限分布曲线(6)的获取通过如下方...

【专利技术属性】
技术研发人员：周恒，狄圣杰，陆希，张莹，
申请(专利权)人：中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61