轴压荷载对胶凝砂砾石材料渗透性能的影响研究

来源 :华北水利水电大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wade68
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胶凝砂砾石坝是在碾压混凝土坝和堆石坝的基础上发展起来的一种新坝型,具备安全稳定、低碳环保、施工方便、漫顶不溃等优点,应用前景较为广阔。作为筑坝材料,胶凝砂砾石的渗透性能一直备受关注,但由于胶凝材料用量较少,所用的河床原状砂砾石骨料粒径偏大、级配较离散,导致其抗渗性能相比常规混凝土较差,因而开展胶凝砂砾石材料渗透性能的研究是不可或缺的。已有研究主要集中在无荷载作用下材料渗透性能的分析,而胶凝砂砾石坝在实际服役状态下承受着各种外部荷载,在外部荷载作用下材料渗透系数会发生改变,进而危及大坝的安全稳定运行。针对这一问题,本文以胶凝砂砾石渗透性能为研究对象,分析不同轴压荷载水平作用下胶凝砂砾石渗透系数的变化规律,并通过超声波速检测试验和核磁共振试验,从宏观上分析轴压荷载作用下胶凝砂砾石损伤值的变化规律,从细观上分析轴压荷载作用下胶凝砂砾石孔隙率与孔径分布的演变规律,并将研究结果运用到实际工程中,进行胶凝砂砾石坝渗流场与应力场之间的耦合分析,研究结果表明:(1)对水胶比为0.8、1.0、1.2、1.4的四组胶凝砂砾石试件分别施加荷载水平为10%、20%、40%、60%的持续轴压荷载并进行渗透试验。结果表明:随着荷载水平的增加,水胶比为1.0的试件的渗透系数呈现出先减小后增大的规律;在荷载水平为10%时存在“拐点”,此时试件内部初始裂缝被压密闭合,渗透系数变小。而水胶比为0.8、1.2和1.4的试件的渗透系数随着荷载水平的增加呈现出递增的趋势。(2)由超声波波速定义的损伤值能够准确的反映出轴压荷载作用下胶凝砂砾石材料沿加载方向、垂直加载方向的损伤值以及整体损伤值的变化状况,且损伤值与渗透系数的拟合效果较好,表明以超声波波速定义的损伤值作为胶凝砂砾石损伤的研究参量是可行的。(3)对轴压荷载作用下的胶凝砂砾石开展核磁共振试验。结果表明:随着荷载水平的增加,三组胶凝砂砾石的孔隙率均呈增大趋势;孔径分布演化规律整体上呈现出微孔比例逐渐减小,小孔、中孔和大孔所占比例持续增加的趋势,四种孔径范围与渗透系数的关联性从高到低依次为中孔>大孔>小孔>微孔,且采用孔径分布建立的渗透系数预测模型回归效果较好。(4)采用顺序耦合的方法,将前文研究所得胶凝砂砾石渗透系数与孔隙率的关系应用于胶凝砂砾石坝渗流场与应力场的耦合分析之中。结果表明耦合效应对胶凝砂砾石坝渗流、应力变形等参数均有不同程度的影响,在实际工程设计中考虑渗流场与应力场的耦合效应是必要的。
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