本發(fā)明屬于地質(zhì)工程施工技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種碾壓式土石壩碾壓次數(shù)的實(shí)驗(yàn)確定方法。

背景技術(shù)：

根據(jù)《DLT5395-2007碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》，一般土石壩都應(yīng)進(jìn)行垂直變形，即沉降分析，估算在土體自重及其他外荷載作用下，壩體及壩基的總沉降量和竣工時(shí)的沉降量。確定竣工時(shí)壩頂應(yīng)預(yù)留的超高，以及預(yù)估壩體各個(gè)部位的不均勻沉降量和不均勻沉降梯度，判斷發(fā)生裂縫的可能性及應(yīng)采取防止裂縫的工程措施。當(dāng)計(jì)算的竣工后壩頂沉降量與壩高的比值大于1％時(shí)，應(yīng)在分析計(jì)算成果的基礎(chǔ)上，論證選擇的壩料填筑標(biāo)準(zhǔn)的合理性和采取工程措施的必要性。眾所周知，土石壩變形分析由于涉及因素太多，難以準(zhǔn)確估計(jì)，因此規(guī)范堆石的碾壓質(zhì)量可用施工參數(shù)及用輕型擊實(shí)或者重型擊實(shí)實(shí)驗(yàn)的最大干密度乘以壓實(shí)度的設(shè)計(jì)干密度進(jìn)行控制。而施工參數(shù)一般包括碾壓設(shè)備的型號(hào)、振動(dòng)頻率及重量、行迸速度、鋪筑厚度、加水量、碾壓遍數(shù)等，其一般通過(guò)碾壓實(shí)驗(yàn)取得。針對(duì)碾壓實(shí)驗(yàn)，可以取得諸如碾壓設(shè)備的型號(hào)、振動(dòng)頻率及重量、行迸速度、鋪筑厚度、加水量、碾壓遍數(shù)等參數(shù)，通常的作法是固定其它參數(shù)，對(duì)研究的量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，并畫(huà)出曲線找出曲線的拐點(diǎn)，并認(rèn)為拐點(diǎn)值即是兼顧經(jīng)濟(jì)性與壓實(shí)性最優(yōu)點(diǎn)。但是這種方法未體現(xiàn)出對(duì)壩體沉降率的要求，尤其是對(duì)高土石可能最優(yōu)拐點(diǎn)法不能滿足對(duì)壩體沉降的控制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種全新的、間接考慮壩體沉降率影響的，針對(duì)碾壓式土石壩碾壓次數(shù)的實(shí)驗(yàn)確定方法，可獲得滿足土石壩沉降要求的最佳碾壓次數(shù)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：碾壓式土石壩碾壓次數(shù)的實(shí)驗(yàn)確定方法，包括如下步驟：

A、記錄土石料單層鋪料的初始厚度ΔH；

B、對(duì)單層鋪料進(jìn)行碾壓實(shí)驗(yàn)，記錄碾壓次數(shù)N_i以及測(cè)量并記錄每次碾壓后該單層鋪料的總沉降量Δ_i；其中，i取大于等于1的正整數(shù)；

C、確定單層鋪料達(dá)到基本穩(wěn)定時(shí)的碾壓次數(shù)N_max以及此時(shí)該單層鋪料的總沉降量Δ_max；所謂單層鋪料達(dá)到基本穩(wěn)定是指：第一次出現(xiàn)在后一次碾壓后測(cè)得該單層鋪料的總沉降量Δ_next與在前一次碾壓后測(cè)得該單層鋪料的總沉降量Δ_pre的差值Δ_next-Δ_pre≤0.1cm，此時(shí)即認(rèn)為在后一次碾壓次數(shù)為N_max；

D、計(jì)算各碾壓次數(shù)N_i對(duì)應(yīng)的壓實(shí)度λ_i和冗余沉降率γ_i；其中，λ_i＝Δ_i/Δ_max×100％；冗余沉降率γ_i＝(Δ_max-Δ_i)/ΔH×100％；

E、取滿足γ_i≤1％條件下所對(duì)應(yīng)的最小碾壓次數(shù)為N_min1；取滿足λ_i≥93％條件下所對(duì)應(yīng)的最小碾壓次數(shù)為N_min2；

F、取N_min1和N_min2中的較大值作為實(shí)際施工的碾壓次數(shù)。

進(jìn)一步的是：在步驟F中，對(duì)于N_min2的取值按如下情況劃分：

1)、當(dāng)土石壩為一級(jí)壩或者二級(jí)壩時(shí)，取滿足λ_i≥95％條件下所對(duì)應(yīng)的最小碾壓次數(shù)為N_min2；

2)、當(dāng)土石壩為三級(jí)壩及以下時(shí)，取值λ_i≥93％條件下所對(duì)應(yīng)的最小碾壓次數(shù)為N_min2。

進(jìn)一步的是：土石料單層鋪料的理論厚度可為20mm、25mm、30mm、35mm或者40mm。

本發(fā)明的有益效果是：通過(guò)采用本發(fā)明所述的方法，可獲得最優(yōu)的碾壓次數(shù)，其通過(guò)碾壓實(shí)驗(yàn)，并通過(guò)公式計(jì)算后獲得壓實(shí)度λ_i和冗余沉降率γ_i等參數(shù)，然后在滿足相應(yīng)條件下，根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定出最佳的碾壓次數(shù)作為實(shí)際施工時(shí)的碾壓次數(shù)。由于冗余沉降率γ_i是單層鋪料在設(shè)定碾壓次數(shù)后可能發(fā)生的沉降率體現(xiàn)，而大壩竣工后最終的沉降率實(shí)際與單層鋪料的冗余沉降率γ_i呈相關(guān)性，并且理論上，當(dāng)冗余沉降率γ_i越小，則最終大壩的沉降率越小。這樣，通過(guò)本發(fā)明所述的方法確定的碾壓次數(shù)，其既能滿足規(guī)范要求的竣工后壩頂沉降量與壩高的比值不大于1％的要求；又能兼顧最優(yōu)的經(jīng)濟(jì)性。

附圖說(shuō)明

圖1為不同鋪料厚度下，壓實(shí)度λ_i與碾壓次數(shù)關(guān)系曲線圖；

圖2為不同鋪料厚度下，冗余沉降率γ_i與碾壓次數(shù)關(guān)系曲線圖；

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。需要指出的是，本發(fā)明中所指的碾壓式土石壩，是指通過(guò)將土石料用分層碾壓的方法建成的壩體。本發(fā)明是針對(duì)碾壓式土石壩施工中對(duì)于每層土石料所需碾壓次數(shù)的實(shí)驗(yàn)確定方法；即通過(guò)碾壓實(shí)驗(yàn)確定土石壩施工過(guò)程中每層鋪料的碾壓次數(shù)。當(dāng)然，本發(fā)明中通過(guò)碾壓實(shí)驗(yàn)確定的碾壓次數(shù)，是在除碾壓次數(shù)以外的其余參數(shù)已經(jīng)確定的情況下進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)選取，該其余的參數(shù)包括如土石料成分、選用的碾壓設(shè)備型號(hào)、振動(dòng)頻率、行迸速度、含水量等參數(shù)；至于對(duì)于該其余的參數(shù)的選取或者確定，并非本發(fā)明所涉及的具體方案。

本發(fā)明所述的碾壓式土石壩碾壓次數(shù)的實(shí)驗(yàn)確定方法，在除了碾壓次數(shù)N_i以外的其它參數(shù)已定的情況下，包括如下步驟：

A、記錄土石料單層鋪料的初始厚度ΔH；

B、對(duì)單層鋪料進(jìn)行碾壓實(shí)驗(yàn)，記錄碾壓次數(shù)N_i以及測(cè)量并記錄每次碾壓后該單層鋪料的總沉降量Δ_i；其中，i取大于等于1的正整數(shù)；

C、確定單層鋪料達(dá)到基本穩(wěn)定時(shí)的碾壓次數(shù)N_max以及此時(shí)該單層鋪料的總沉降量Δ_max；所謂單層鋪料達(dá)到基本穩(wěn)定是指：第一次出現(xiàn)在后一次碾壓后測(cè)得該單層鋪料的總沉降量Δ_next與在前一次碾壓后測(cè)得該單層鋪料的總沉降量Δ_pre的差值Δ_next-Δ_pre≤0.1cm，此時(shí)即認(rèn)為在后一次碾壓次數(shù)為N_max；

D、計(jì)算各碾壓次數(shù)N_i對(duì)應(yīng)的壓實(shí)度λ_i和冗余沉降率γ_i；其中，λ_i＝Δ_i/Δ_max×100％；冗余沉降率γ_i＝(Δ_max-Δ_i)/ΔH×100％；

E、取滿足γ_i≤1％條件下所對(duì)應(yīng)的最小碾壓次數(shù)為N_min1；取滿足λ_i≥93％條件下所對(duì)應(yīng)的最小碾壓次數(shù)為N_min2；

F、取N_min1和N_min2中的較大值作為實(shí)際施工的碾壓次數(shù)。

需要指出的是，上述碾壓實(shí)驗(yàn)，是本領(lǐng)域的一種常規(guī)實(shí)驗(yàn)方法，其具體的實(shí)驗(yàn)步驟可參照《碾壓式土石壩施工規(guī)范》DL/T529-2013中第43頁(yè)的“A.4碾壓實(shí)驗(yàn)”所述的具體步驟進(jìn)行。當(dāng)然，在進(jìn)行本發(fā)明所述的碾壓實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，所選用的土石料、選用的碾壓設(shè)備等均應(yīng)當(dāng)與實(shí)際土石壩施工時(shí)所對(duì)應(yīng)的實(shí)際土石料和實(shí)際碾壓設(shè)備等一致。這樣才能保證土石壩修筑后實(shí)際的碾壓效果與實(shí)驗(yàn)的結(jié)果一致。另外，本發(fā)明中個(gè)步驟內(nèi)的參數(shù)中的各下標(biāo)，表明的是某一特定的碾壓次數(shù)下對(duì)應(yīng)的參數(shù)，例如N_i表明的是某一碾壓次數(shù)，當(dāng)下標(biāo)i取值為10時(shí)，即N₁₀表示第十次碾壓。

另外，一般情況下，在步驟A中，記錄土石料單層鋪料的初始厚度ΔH時(shí)，土石料單層鋪料的理論鋪設(shè)厚度可取20mm、25mm、30mm、35mm或者40mm中的一種。也就是，在步驟A之前，進(jìn)行土石料的單層鋪料時(shí)，應(yīng)當(dāng)確定一個(gè)理念鋪料厚度，然后再在理論鋪設(shè)厚度的情況下，進(jìn)行單層土石料的實(shí)際鋪料，然后通過(guò)測(cè)量記錄其實(shí)際的初始厚度ΔH。當(dāng)然，由于實(shí)際鋪料和測(cè)量中存在一定的誤差，因此允許實(shí)際鋪料厚度與理論鋪料厚度之間存在一定的厚度差。另外，本發(fā)明還可在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)對(duì)各種不同單層鋪料的理論厚度分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以獲得不同理論鋪料厚度的情況下的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，然后再根據(jù)實(shí)際情況選取相應(yīng)的最優(yōu)理念鋪料厚度。

另外，還需要指出的是，上述所謂單層鋪料達(dá)到基本穩(wěn)定所指：第一次出現(xiàn)在后一次碾壓后測(cè)得該單層鋪料的總沉降量Δ_next與在前一次碾壓后測(cè)得該單層鋪料的總沉降量Δ_pre的差值Δ_next-Δ_pre≤0.1cm，此時(shí)即認(rèn)為在后一次碾壓次數(shù)為N_max。由于本發(fā)明中Δ_next和Δ_pre都是通過(guò)人為測(cè)量獲得的，因此測(cè)量過(guò)程中必然存在測(cè)量誤差；因而由于測(cè)量誤差的存在，當(dāng)?shù)谝淮纬霈F(xiàn)Δ_next-Δ_pre≤0.1cm的情況時(shí)，即表明額外增加的碾壓次數(shù)已經(jīng)無(wú)法使得鋪料厚度發(fā)生明顯的變化，即之后再增加的碾壓次數(shù)所對(duì)應(yīng)的總沉降量Δ_i已經(jīng)不再發(fā)生明顯變化，取而代之的是總沉降量Δ_i可能在較小的幅度范圍內(nèi)發(fā)生波動(dòng)。

對(duì)于上述步驟E，其實(shí)際是通過(guò)分別滿足壓實(shí)度λ_i和冗余沉降率γ_i的條件去選取相應(yīng)的最小碾壓次數(shù)(N_min1和N_min2)，然后對(duì)于上述步驟F，則是在步驟E中選取出的兩個(gè)最小碾壓次數(shù)(N_min1和N_min2)中取出較大值作為實(shí)際施工的碾壓次數(shù)。通過(guò)步驟E和步驟F后，可使得最終確定出的碾壓次數(shù)能同時(shí)滿足壓實(shí)度λ_i和冗余沉降率γ_i的條件要求。進(jìn)而確保最終砌筑后的土石壩能滿足相應(yīng)的質(zhì)量要求。

本發(fā)明中，通過(guò)直接控制單層土石料的冗余沉降率γ_i≤1％，因此，對(duì)應(yīng)于碾壓式土石壩而言，由于其每層土石料的冗余沉降率γ_i≤1％，故可基本保證大壩在修筑后總體的沉降率小于1％。這樣，即可基本滿足竣工后壩頂沉降量與壩高的比值小于1％的要求。

更具體的，考慮到在相應(yīng)的規(guī)范文件中，如在《DLT5395-2007碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》中，有根據(jù)土石壩的分級(jí)不同，需要土石壩碾壓后的壓實(shí)度滿足不同要求；為了適應(yīng)對(duì)不同的土石壩分級(jí)，本發(fā)明中在步驟F中，對(duì)于N_min2的取值可按如下情況劃分：1)、當(dāng)土石壩為一級(jí)壩或者二級(jí)壩時(shí)，取滿足λ_i≥95％條件下所對(duì)應(yīng)的最小碾壓次數(shù)為N_min2；2)、當(dāng)土石壩為三級(jí)壩及以下時(shí)，取值λ_i≥93％條件下所對(duì)應(yīng)的最小碾壓次數(shù)為N_min2。

下面結(jié)合某一級(jí)土石壩的碾壓實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的闡述，并且下表1中同時(shí)對(duì)三種不同的理論鋪料厚度分別進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)具體數(shù)據(jù)參照下表1.。需要指出的是，實(shí)際鋪料厚度由于誤差的原因，因此與理論鋪料厚度存在一定的誤差，這種誤差是允許的；另外，本次實(shí)驗(yàn)中，每記錄一次數(shù)據(jù)，實(shí)際是對(duì)單層鋪料進(jìn)行了來(lái)回碾壓，因此實(shí)際相當(dāng)于每碾壓兩次記錄一次數(shù)據(jù)；或者可以理解為對(duì)單層鋪料進(jìn)行一次來(lái)回碾壓作為本發(fā)明中所指的一次碾壓次數(shù)N_i。

表1不同鋪料厚度下各碾壓次數(shù)對(duì)應(yīng)的總沉降量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

以上表1中理論鋪料厚度25cm對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)為例，其中，N_i對(duì)應(yīng)的一欄數(shù)據(jù)和Δ_i對(duì)應(yīng)的一欄數(shù)據(jù)均為實(shí)驗(yàn)的記錄數(shù)據(jù)；而λ_i對(duì)應(yīng)的一欄數(shù)據(jù)和γ_i對(duì)應(yīng)的一欄數(shù)據(jù)則需要通過(guò)相應(yīng)的公式計(jì)算后得到。其中，從Δ_i對(duì)應(yīng)的一欄數(shù)據(jù)中，可以發(fā)現(xiàn)第14次碾壓對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)與第12碾壓所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)之間的差值(4.61-4.56＝0.05mm)小于0.1cm；因此，可認(rèn)定碾壓14次時(shí)鋪料已經(jīng)達(dá)到基本穩(wěn)定；因此可取N_max＝N₁₄，Δ_max＝Δ₁₄＝4.61cm；之后，根據(jù)相應(yīng)的公式即可得到各λ_i對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)和各γ_i對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，具體可參照上表1中所示。

通過(guò)上表1中得到的各λ_i對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)和各γ_i對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)；在滿足γ_i≤1％條件下所對(duì)應(yīng)的最小碾壓次數(shù)N_min1取N₁₀，即需要碾壓10次；在滿足λ_i≥93％條件下所對(duì)應(yīng)的最小碾壓次數(shù)N_min2取N ₁₀，即需要碾壓10次；這樣可確定出最終作為實(shí)際施工的碾壓次數(shù)為10次。另外，在不同土石壩分級(jí)的情況下，對(duì)于N_min2的選取有不同的λ_i條件要求時(shí)，具體的碾壓次數(shù)將可能不同；當(dāng)然，上述情況下，當(dāng)土石壩為一級(jí)壩或者二級(jí)壩時(shí)，在滿足λ_i≥95％條件下所對(duì)應(yīng)的最小碾壓次數(shù)N_min2實(shí)際也是N ₁₀。

另外，從上表1、圖1和圖2中可進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，通過(guò)對(duì)不同理論鋪料厚度的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在上述25cm、30cm、35cm的不同理論鋪料厚度下，對(duì)實(shí)際需要的碾壓次數(shù)沒(méi)有顯著的影響，通過(guò)綜合分析判定后可得出實(shí)際的最優(yōu)碾壓次數(shù)取值為10次。