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【摘 要】 本文通过对猴子岩高面板堆石坝附加质量法检测坝料技术研究，结合猴子岩水电站大坝坝料碾压试验得出的试验数据，以验证采用附加质量法检测堆石坝坝料压实质量的可行性，同时对该方法的影响因素进行研究分析，最终达到快速检测，提高效益，最大限度的减少坝体沉降的目的。
【关键词】 猴子岩水电站；面板堆石坝；压实质量；附加质量法
1 前言
当下堆石坝呈逐渐往西南发展的趋势，高坝大规模出现，该类型坝具有坝建设周期短，特殊的地形、地质、坝基条件，要求高的压实质量等特点，但是现有实时监控手段和实时快速检测手段缺乏。因此，通过研究附加质量法，以达到快速检测及控制堆石料压实质量的目的。为施工快速检测提供技术支持和保障，最终达到快速检测、提高效益，最大限度地减少坝体沉降、保证堆石体压实质量的目的。
2 概况
猴子岩水电站位于四川省甘孜藏族自治州康定县境内，是大渡河干流水电规划调整推荐22级开发方案的第9个梯级电站，本工程开发任务主要为发电。猴子岩水电站大坝坝体自上游至下游依次为上游压重区、砾石土铺盖区、石粉铺盖区、混凝土防渗面板、垫层区、过渡区、堆石区（河床覆盖层开挖利用料填筑区）及坝脚压重区。砾石土铺盖顶高程为1763.00m，顶部水平宽度5.0m，上游坡比1：1.6；石粉铺盖顶高程为1763.00m，水平厚度1.0m。
3 研究方法
该研究采用附加质量法，堆石体密度与其弹性参数的关系可以概括为解析关系、线性关系和非线性关系（不可用解析式表述的线性关系）三种类型，与其对应的密度求解方法亦有三种，即解析法、相关法和神经网络法。
本次研究求解密度的方法拟采用相关法，由于以往工作主要集中在对参振质量m0及刚度K两个试验参数的研究；本次将增加对体系振动频率?与密度关系的研究。研究的主要思路是将附加质量法试验参数的平均值与碾压遍数的关系曲线进行相关性分析，以确定哪种参数符合坝料压实规律，然后将该种参数与压实后坝料干密度进行回归分析，最后求解出压实后坝料干密度解析式。
4 研究成果分析及验证
4.1成果分析
在大坝坝料开始碾压时，由于填料比较疏松，可近似看作是一个松软的弹塑性体。自行式振动碾在其上振动时，受到的反作用力较小，基本作正弦运动。随着振动压实工作的进行，填充料的密实程度和弹性模量在不断增加，表面坝料的弹性参数（参振质量、刚度、振动频率等）也随之增大；表面坝料的弹性参数与填料压实程度之间应该存在着一定的相关关系，通过检测介质弹性参数可以间接测出填料的压实状况；现分别将每种碾压遍数下得到的体系振动频率、参振质量、刚度平均值与碾压遍数进行相关性分析，以确定各种参数之间的规律性及相关性，研究试验成果详见图1、图2、图3。
由图1研究成果可以看出，随着碾压遍数的增加，振动频率也随之增加，最后趋于稳定，同时随着铺料厚度的增加，振动频率降低，体系振动频率与碾压遍数之间的关系符合坝料压实规律；由图2、图3可知参振质量m0、刚度K与碾压遍数之间随着碾压遍数的增加图形出现突变，说明参振质量m0、刚度K与坝料压实规律不相符合。现分别将同一厚度下所测试的振动频率与坝料干密度进行线性回归分析，详见图4、图5、图6。
通过该方法解析得出的干密度ρ与坑测法进行对比，绝对误差平均值为0.03g/cm3，绝对误差最大值为0.06g/cm3，相对误差平均值为1.26%，相对误差最大值为2.83%且每种厚度下体系振动频率与干密度的相关系数R均大于0.9，相关性较好。
4.2成果验证
根据上游堆石料验证场碾压试验成果，其中铺料厚度80cm，碾压遍数12遍，洒水率15%，进行四场复核场试验研究，上游堆石料密度解析式为y=0.0148x+1.3384，其中x：振动频率Hz，y：坝料干密度g/cm3，将复核场次测试的体系振动频率代入上述公式以求解上游堆石料干密度，同时对上述公式合理性、准确性做进一步的验证。
通过该方法解析得出的干密度ρ与坑测法进行对比，绝对误差平均值为0.04g/cm3，绝对误差最大值为0.08g/cm3，相对误差平均值为1.74%，相对误差最大值为4.35%，因此采用体系振动频率求解该种上游堆石料干密度是可行的。
5 体系振动频率的影响因素
5.1铺料厚度对体系振动频率的影响
由图3分析可知，通过对不同厚度下得到的体系振动频率与碾压遍数关系曲线进行分析，表明堆石料随着铺料厚度的增加，其体系振动频率呈降低的趋势，因此在该法使用过程中，应严格按照碾压试验中推荐的铺料厚度，进行质量控制。
5.2料源性质、颗粒形态及级配对振动频率的影响
通过对每种料源研究试验成果分析表明对于爆破开采的坝料，由于其料源性质、料源级配、颗粒形态相对稳定，碾压试验中验证场次与复核场次体系振动频率变化不大，但是对于天然料源如砂砾石料，存在料源性质、料源级配、颗粒形态不稳定等特点，很容易导致验证场及复核场碾压试验所得到体系振动频率发生较大变化；因此，当料源发生较大的变化，应重新对体系振动频率回归新的解析方程，以确保该方法的准确性。
6 结束语
本次通过猴子岩面板堆石坝各种填筑材料的相关研究试验成果表明：
（1）采用体系振动频率与密度的相关关系对求解干密度是可行的；
（2）在同种碾压参数下，随着碾压遍数的增加，体系振动频率随之增加，最后趋于稳定，符合坝料弹性参数随着碾压遍数增加最后趋于稳定的规律；
（3）体系振动频率与上述坝料干密度具有较好的线性相关关系，相关系数R大于0.9，但参振质量m0、刚度K与碾压遍数之间的关系不符合坝料压实规律；
（4）在同种碾压参数下，根据验证场次试验成果分析，随着铺料厚度的增加，体系振动频率随之降低；
（5）料源性质、料源级配、颗粒形态的差异可以影响体系振动频率；
（6）附加质量法是一种简洁、快速的测试方法，一组检测所需时间约15min左右即可；
因此，在同种料源，同种碾压参数下，采用附加质量法测试指标体系振动频率检测坝料干密度应该是合适的。
参考文献：
[1]蔡加兴，张志杰.附加质量法用于测定大坝堆石体密度应用效果分析与评价[J].长江科学院院报.2008（05）
[2]傅志安.面板坝利用软岩坝料的研究和探讨[A].2004水力发电国际研讨会论文集（上册）[C].2004
[3]黄朝兄.水利工程面板堆石坝施工技术[J].大众科技.2010（10）
[4]蔡秀丽.国内混凝土面板堆石坝应力变形研究概况[J].江淮水利科技.2010（06）
【关键词】 猴子岩水电站；面板堆石坝；压实质量；附加质量法
1 前言
当下堆石坝呈逐渐往西南发展的趋势，高坝大规模出现，该类型坝具有坝建设周期短，特殊的地形、地质、坝基条件，要求高的压实质量等特点，但是现有实时监控手段和实时快速检测手段缺乏。因此，通过研究附加质量法，以达到快速检测及控制堆石料压实质量的目的。为施工快速检测提供技术支持和保障，最终达到快速检测、提高效益，最大限度地减少坝体沉降、保证堆石体压实质量的目的。
2 概况
猴子岩水电站位于四川省甘孜藏族自治州康定县境内，是大渡河干流水电规划调整推荐22级开发方案的第9个梯级电站，本工程开发任务主要为发电。猴子岩水电站大坝坝体自上游至下游依次为上游压重区、砾石土铺盖区、石粉铺盖区、混凝土防渗面板、垫层区、过渡区、堆石区（河床覆盖层开挖利用料填筑区）及坝脚压重区。砾石土铺盖顶高程为1763.00m，顶部水平宽度5.0m，上游坡比1：1.6；石粉铺盖顶高程为1763.00m，水平厚度1.0m。
3 研究方法
该研究采用附加质量法，堆石体密度与其弹性参数的关系可以概括为解析关系、线性关系和非线性关系（不可用解析式表述的线性关系）三种类型，与其对应的密度求解方法亦有三种，即解析法、相关法和神经网络法。
本次研究求解密度的方法拟采用相关法，由于以往工作主要集中在对参振质量m0及刚度K两个试验参数的研究；本次将增加对体系振动频率?与密度关系的研究。研究的主要思路是将附加质量法试验参数的平均值与碾压遍数的关系曲线进行相关性分析，以确定哪种参数符合坝料压实规律，然后将该种参数与压实后坝料干密度进行回归分析，最后求解出压实后坝料干密度解析式。
4 研究成果分析及验证
4.1成果分析
在大坝坝料开始碾压时，由于填料比较疏松，可近似看作是一个松软的弹塑性体。自行式振动碾在其上振动时，受到的反作用力较小，基本作正弦运动。随着振动压实工作的进行，填充料的密实程度和弹性模量在不断增加，表面坝料的弹性参数（参振质量、刚度、振动频率等）也随之增大；表面坝料的弹性参数与填料压实程度之间应该存在着一定的相关关系，通过检测介质弹性参数可以间接测出填料的压实状况；现分别将每种碾压遍数下得到的体系振动频率、参振质量、刚度平均值与碾压遍数进行相关性分析，以确定各种参数之间的规律性及相关性，研究试验成果详见图1、图2、图3。
由图1研究成果可以看出，随着碾压遍数的增加，振动频率也随之增加，最后趋于稳定，同时随着铺料厚度的增加，振动频率降低，体系振动频率与碾压遍数之间的关系符合坝料压实规律；由图2、图3可知参振质量m0、刚度K与碾压遍数之间随着碾压遍数的增加图形出现突变，说明参振质量m0、刚度K与坝料压实规律不相符合。现分别将同一厚度下所测试的振动频率与坝料干密度进行线性回归分析，详见图4、图5、图6。
通过该方法解析得出的干密度ρ与坑测法进行对比，绝对误差平均值为0.03g/cm3，绝对误差最大值为0.06g/cm3，相对误差平均值为1.26%，相对误差最大值为2.83%且每种厚度下体系振动频率与干密度的相关系数R均大于0.9，相关性较好。
4.2成果验证
根据上游堆石料验证场碾压试验成果，其中铺料厚度80cm，碾压遍数12遍，洒水率15%，进行四场复核场试验研究，上游堆石料密度解析式为y=0.0148x+1.3384，其中x：振动频率Hz，y：坝料干密度g/cm3，将复核场次测试的体系振动频率代入上述公式以求解上游堆石料干密度，同时对上述公式合理性、准确性做进一步的验证。
通过该方法解析得出的干密度ρ与坑测法进行对比，绝对误差平均值为0.04g/cm3，绝对误差最大值为0.08g/cm3，相对误差平均值为1.74%，相对误差最大值为4.35%，因此采用体系振动频率求解该种上游堆石料干密度是可行的。
5 体系振动频率的影响因素
5.1铺料厚度对体系振动频率的影响
由图3分析可知，通过对不同厚度下得到的体系振动频率与碾压遍数关系曲线进行分析，表明堆石料随着铺料厚度的增加，其体系振动频率呈降低的趋势，因此在该法使用过程中，应严格按照碾压试验中推荐的铺料厚度，进行质量控制。
5.2料源性质、颗粒形态及级配对振动频率的影响
通过对每种料源研究试验成果分析表明对于爆破开采的坝料，由于其料源性质、料源级配、颗粒形态相对稳定，碾压试验中验证场次与复核场次体系振动频率变化不大，但是对于天然料源如砂砾石料，存在料源性质、料源级配、颗粒形态不稳定等特点，很容易导致验证场及复核场碾压试验所得到体系振动频率发生较大变化；因此，当料源发生较大的变化，应重新对体系振动频率回归新的解析方程，以确保该方法的准确性。
6 结束语
本次通过猴子岩面板堆石坝各种填筑材料的相关研究试验成果表明：
（1）采用体系振动频率与密度的相关关系对求解干密度是可行的；
（2）在同种碾压参数下，随着碾压遍数的增加，体系振动频率随之增加，最后趋于稳定，符合坝料弹性参数随着碾压遍数增加最后趋于稳定的规律；
（3）体系振动频率与上述坝料干密度具有较好的线性相关关系，相关系数R大于0.9，但参振质量m0、刚度K与碾压遍数之间的关系不符合坝料压实规律；
（4）在同种碾压参数下，根据验证场次试验成果分析，随着铺料厚度的增加，体系振动频率随之降低；
（5）料源性质、料源级配、颗粒形态的差异可以影响体系振动频率；
（6）附加质量法是一种简洁、快速的测试方法，一组检测所需时间约15min左右即可；
因此，在同种料源，同种碾压参数下，采用附加质量法测试指标体系振动频率检测坝料干密度应该是合适的。
参考文献：
[1]蔡加兴，张志杰.附加质量法用于测定大坝堆石体密度应用效果分析与评价[J].长江科学院院报.2008（05）
[2]傅志安.面板坝利用软岩坝料的研究和探讨[A].2004水力发电国际研讨会论文集（上册）[C].2004
[3]黄朝兄.水利工程面板堆石坝施工技术[J].大众科技.2010（10）
[4]蔡秀丽.国内混凝土面板堆石坝应力变形研究概况[J].江淮水利科技.2010（06）