大坝齿槽常态混凝土原位抗剪试验.pdf

第4 0卷 第 9期 2 0 1 4 年 9月 水 力 发 电 大规蓝砖常态混凝土尿仁执 剪试验 蔡胜华 ，谢孟 良 ，陈文卓 ( 1 ． 长江水利委 员会长 江科 学院 ，湖北武汉 4 3 0 0 1 0 ； 2 ．中国水利 水 电建设工程 咨询 中南有限公 司，湖南长沙 4 1 0 0 1 4 ) 摘要 ：亭 子 口水利枢纽坝基 中存在缓倾 角夹 层 ，设 计采用 了在坝踵设置 常态混凝 土齿槽 截断层的措施 解决 大坝深 层抗滑稳定 问题 。测定大 坝齿槽 常态混凝土抗剪特性参数( 摩擦系数l厂 、粘 聚力 C )尤为重要 ，这两个 参数 是核算 坝体抗滑稳定性的重要依据。 通过现场原位抗剪试验， 测得齿槽常态混凝土 R 0 2 5 0 F l O O W8( 三级配)的摩擦系数厂 在 1 ． 2 6 ～ 1 ． 5 9之 间，粘聚力 C 在 2 ． 5 2 ～ 2 ．9 6 MP a之间。 关键词 ：大坝 ；齿槽 ；常态混凝土 ；抗剪特性参数 ；亭子 V I 水利枢纽 Te s t s o n Sh ea r S t r e ngt h o f Dam Nor ma l Co nc r e t e Key Tr e nc h CAI Sh e ng hua ，XI E Me ng l i a ng 。 ，CHEN W e nz hu o ( 1 ． C h a n g j i a n g R i v e r S c i e n t i fi c R e s e a r c h I n s t i t u t e ， Wu h a n 4 3 0 0 1 0 ， H u b e i ， C h i n a ； 2 ． Hy d roC h i n a En g i n e e r i n g Co n s u l t i n g Z h o n g n a n C o ． ， L t d ． ， Ch a n g s h a 4 1 0 01 4 ， Hu n a n ， C h i n a ) A b s t r a c t = B e c a u s e t h e r e a r e a i n t e r b e d d e d l a y e r s w i t h l o w - a n g l e d i p i n d a m f o u n d a t i o n o f T i n g z i k o u Wa t e r C o n t r o l P ro j e c t , t h e n o r ma l c o n c r e t e k e y t r e n c h a r e d e s i g n e d i n d a m h e e l t o i mp r o v e d e e p a n t i - s l i d i n g s t a b i l i t y o f d a m． T h e me a s u r e me n t s o f s h e a r s t r e n g t h p a r a me t e r s (f r i c t i o n c o e f fi c i e n t f a n d c o h e s i v e f o r c e C 1 a r e i m p o r t a n t f o r t h e n o r ma l c o n c r e t e o f k e y t r e n e h s ． T h e t W O p a r a m e t e r s a r e i mp o r t a n t b a s i s for c a l c u l a t e t h e a n t i - s l i d i n g s t a b i l i t y o f d a m． T h e o n — s i t e s h e a r s t r e n g t h t e s t s s h o w t h a t t h e{ t a n d C o f R 舶2 5 0 F1 0 0 W8 n o r ma l c o n c r e t e i s 1 ．2 6 _ 1 ． 5 9 a n d 2 ． 5 2 - 2 ．9 6 MP a r e s p e c t i v e l y ． Ke y Wo r d s ： d a m； k e y t r e n c h ； n o rm a l c o n c r e t e ； p a r a m e t e r o f s h e a r s t r e n g t h ； T i n g z i k o u Wa t e r C o n t r o l P r o j e c t 中国分类号 ： T U 3 1 7 ． 2 ； T V 6 4 2 ．3 ( 2 7 1 ) 文献标识 码： B 文章编号 ： O 5 5 9 — 9 3 4 2 ( 2 O l 4 ) 0 9 — 0 0 2 9 — 0 3 根 据亭 子 口水 利 枢 纽坝 基 的地 质 条 件 。设 计 采 用 了 坝 踵 设 置 常态 混 凝 土 齿槽 截 断 层 的 措施 解 决 大 坝 深 层 抗 滑 稳 定 问 题 ， 大 坝 齿 槽 常 态 混 凝 土 现 场 抗 剪 特 性 参数( 摩擦 系 数 厂 、粘 聚 力 C )是 核 算 坝 体 抗 滑稳 定 的 重 要依 据 。根 据业 主 和设 计 要 求 ，水 利 部 长 江 科 学 院 工 程 质 量 检 测 中 心 开 展 大 坝 齿 槽 常 态混 凝 土现 场 原 位抗 剪 试 验 ，计算 得 出混 凝 土 抗剪 断力 学 参数 厂 、C ，为 设 计 部 门 核算 坝 基 抗 滑稳 定 提 供 依 掂 ． ． 本 次现 场抗 剪 断试 验布 置在 底孔 2 5号 坝段 、表 孑 L 3 3号和 3 5号 坝段 的基 础 灌 浆廊 道 内 ，齿 槽 常 态 混凝 上 配合 比参 数及 抗 压强 度值 见表 1 。 1 现场原位抗剪试验 1 ． 1 试块 的 制作 和布 置 现 场抗 剪 断试 验 采 用埋 设 地锚 加 反 力 架 、水平 方 向加 载剪 切 方 法 。试 块 沿 廊 道 方 向 布置 ，每 个 基 础廊 道 为 一 组 ，共 3组 ，每 组 布 置 5个 试块 ，以满 足 5级 不 同法 向应 力 的 试验 要 求 。单 个 试块 的平 面 尺 寸 为 5 0 c mx 5 0 c m， 高 约 3 0 c m。 试 块 制 作 按 放 样 、切 割 、 开 挖 、细 凿 加 工 的 程 序 进 行 ， 由施 工 人 员在 技术 人员 的指 导下 实施 。 1 ． 2试 验 设备 试 验 用 仪 器 设 备 由 垂 直 反 力 系 统 、水 平 加 载 及 传 力 系 统 、 位 移 量 测 系 统 组 成 。 垂 直 反 力 系 统 由 地 锚 、 反 力 架 、 钢 压 板 、 滚 轴 排 和 垂 直 加 载 千 斤 顶 、 高 压 油管 、精 密 压力 表 等 组成 ；水 平加 载 及 传力 系 统 由千 斤 顶 、液 压 油 泵 、高 压 油 管 、精 密 压 力 表 、 拐 臂 顶 头 等 组 成 ；位 移 量 测 系 统 由 测 表 支 架 、磁 性 表 座及 不 同量 程 的百 分表 等组 成 。 收稿 日期 ：2 0 1 4 — 0 7 — 1 4 作 者简 介 ：蔡 胜华 ( 1 9 6 4 一 ) ，男 ，江西南 昌人 ，教授 级高 工 主要从事水工材料试验研究工作． Wa t e r P o w e r V o 1 ． 4 0 N o ． 9 囫 ， J ＼／J仪 ‘ V l - t上 卜 月 1 ． 3试验方法及步骤 现 场 抗 剪 断 试 验参 照 S L 3 5 2 --2 0 0 6 《 水 工 混 凝 土 试 验 规 程 》 、D 5 4 3 3 -- 2 0 0 9 《 水 工 碾 压 混 凝 土 试 验 规 程 》 及 S L 2 6 4 -- 2 0 0 1 《 水 利 水 电 工 程 岩 石 试 验 规 程 》 的规 定进 行 。按 峰值 法 进 行抗 剪 试 验 ，试 块 剪 断后 继续 进行 残余 强度试 验 ，卸荷 后将 试块 复 位 ， 再 施 加 相 同 的 正 压 力 进 行 一 次 摩 擦 试 验 。 ( 1 ) 施 加 垂 直 荷 载 。 多 点 峰 值 法 每 组 5块 试 件 ， 取 最 大 正 应 力 3 ． 5 MP a， 分5 级 ， 即 0 ． 7、 1 ． 4、 2 ． 1 、 2 ． 8、3 ． 5 MP a的 正 应 力 。 为 消 除 工 装 、 设 备 和 试 块 间 的不 稳 定 因素 ，法 向荷 载 分 3级 施 加 到 预 定 的 正 应 力 ． 每 加 一 级 经 过 5 mi n并 读 数 一 次 ， 当 最 后 一 级 荷 载 施 加 后 ， 连 续 2次 垂 直 变 形 读 数 相 同 即 为 稳 定 ， 可 施 加 剪 切( 水 平 ) 荷 载 。 ( 2)施 加 剪 切 荷 载 。多 点 峰值 法 开 始 按照 预 估 最 大 荷 载 的 1 0 ％施 加 ． 每 加 一 次 荷 载 立 即 读 数 一 次 ． 隔 5 mi n再 读 一 次 ． 按 上 述 方 法 直 到 当 次 施 加 荷 载所 引起 的剪 切变 形 为前次 荷载所 产 生 的变形 1 ． 5 倍 时 ， 剪 切 荷 载 按 5 ％施 加 ， 直 至 剪 断 。 剪 断 后 在 垂 直 荷 载 不 变 的 情 况 下 。继 续 施 加 剪 切 荷 载 ．在 不 变 的剪切 荷 载作 用下 ，变形 不 断 增加 时 的强 度 即为 残 余 强 度 。将 剩余 的剪 切 荷 载 分 4级 退 至 0，观 察 回 弹 变 形 ，抗 剪 断 试 验 结 束 。 剪 切 试验 结 束 后 ．将 剪 断 推 出 的上 半 块试 块 复 位 ，重新 安 装 和 调整 垂 直 、水 平 加荷 系统 及位 移 测 量 系 统 ，按 相 同法 向应力 等 级 施 加垂 直 荷 载 ，用 同 一 程 序 沿 剪 切 面 进 行 摩 擦 试 验 。 最 后 ，翻 转 立 起 所 有试 件 ，对 剪 断面进行 描 述和拍 照 。 2 试验结果及分析 2 ． 1 试 验结 果 根据齿 槽常态混凝 土现场抗 剪断 强度试验结 果绘 制极 限抗剪 强度 、残 余抗剪 强度 和摩擦 强度 与法 向应 力关 系 曲线 ，见 图 1 ～ 图 3 。齿槽 常态混凝 土现 场抗剪 断强度试 验结 果见表 2，根据库仑 公式 ,7 " = f o r ．-l-c，对每 组 5个试件 的剪应 力 和相应 的正应 力 r ， ，采用 最小 二乘法拟合求得现场抗剪断特性参数见表 3 。 2 ． 2试 验结 果分 析 本 次 齿 槽 廊 道 常 态 混 凝 土 现 场 抗 剪 断 试 验 圆 m r P o w e r V o 1 ． 4 0 N o ． 9 表 2齿槽 常态混凝土现场抗剪强度试验结果 试件 编 号 坚 望 塑 全 苎 望 塑 壁 堡堡 f C t ／ MP a f C f MP a f C~ ／ MP a 杂 图 1 35号 坝 段 ～ 关 系 曲 线 ( Rg o 2 5 0 F1 0 0 W8，三 级配 )共 3组 1 5块 试 件 ，其抗 剪 断上 下 层 为一 次 性 浇筑 完 成 ，实 测 剪 断 面均 在 剪 切 平 面处 破 坏 ，剪切 平 面 较平 坦 ，有 3 0 ％剪切 面 有 破 坏 或 起 伏 ，起 伏 最 大 约 1 0 0 mm．剪 断 面 平 均 约 有 3 0 ％沿上 层 试 体 或下 层 试 体剪 断 ．有 约 7 0 ％沿 层 面 大 部 分 骨 料 破 坏 ，骨 料 密 实 无 堆 积 现 象 。 T 『 J ． L —厂， 、 J． ，、 ^匕 】 1 日巾 室 R 器 重 巷 器 图 2 3 3号 坝 段 r ～ f ， 关 系 曲线 图 3 2 4 号 坝 段 ,／- -- O r关 系 曲 线 由 表 3可 知 ， 级 配 齿 槽 常 态 混 凝 土 的 摩 擦 系 数 ／ 存 1 ． 2 5 5 9 ～ 1 ． 5 8 5 6之 间 ，粘 聚力 C 在 2 ． 5 1 9 6 ～ 2 ． 9 5 9 1 MP a之 间 。 3 结语 ( 1 ) 对 亭 子 口 水 利 枢 纽 坝 基 齿 槽 常 态 混 凝 土 进 ( 上 接 第 1 9页 ) 排距均 为 2 m~ 2 m。④ 基 础为岩 石 的 部 位 ， 沿 岩 石 设 2排 系 统 锚 杆 ，锚 杆 直 径 3 2 mm．长 8 m，锚杆 间排距为 2 mx 2 m，且顶部 和钢筋网搭接 。 5 工程结构安全分析 5 ． 1 大坝 结构 安全 分析 亭 子 口 水 利 枢 纽 2 0 1 2年 度 汛 采 用 缺 口 过 流 方 案 ，3 7号 、3 8号 坝 段 汛 前 浇 筑 至 3 8 0 ． O 0 m 高 程 ， 预 留 缺 口 过 流 ，汛 期 由 预 留 缺 口 和 大 坝 底 孔 联 合 过 流 。汛 期 缺 口过流 时 ，水 流水 压 力 对 过 流缺 口左 侧 的 3 6号 坝 段 、 右 侧 的 3 9号 坝 段 侧 向 稳 定 应 力 影 响 较 大 ，应 对 其 进 行 复 核 。 经 计 算 ，缺 口 高 程 3 8 0 m 时 ，在 缺 口过 流 期 间 ， 3 6号 坝 段 及 3 9号 坝 段 侧 向 稳 定 应 力 满 足 要 求 。 5 ． 2大坝度汛保护措施 参照水 丁模 型试验( 缺 口高程 3 8 7 m，宽 6 2 m) ， 缺 口过 流 度 汛 期 间 ，水 流 过 坝 后 扩 散 冲刷 坝 下 游 明 渠 右侧 岸 坡 ，危 及 右 边 坡 稳 定 及 3 9号 坝 段 坝 基 深 层 抗 滑 稳 定 。为 避 免 顶 冲 。在 3 9号 坝 段 下 游 设 置 一 混 凝 土 挡 墙 ，挡墙顶高程 4 0 4 ． 0 ～ 3 9 7 ． 0 m，长度 约 6 0 m。 行 现场 抗 剪 断试 验 ，其抗 剪 断 上 下层 为 一 次性 浇 筑 完成 的常态混 凝 土 ，抗 剪 断面基 本都 在剪 切层 面上 。 剪 切 平 面 较 平 坦 ， 个 别 剪 断 面 有 起 伏 ， 最 大1 0 0 mm，大部 分 骨料破 坏 。 ( 2 ) 当 法 向 应 力 为 2 ． 8 MP a时 ． 抗 剪 强 度 在 6 ． 3 0～ 7 ． 6 2 MP a之 间 ， 当 最 大 法 向 应 力 为 3 ． 5 MP a 时 ，抗 剪 强 度 在 6 ． 9 6 ～ 8 ． 2 8 MP a之 间 ( 3 ) 三 级 配 齿 槽 常 态 混 凝 土 的 摩 擦 系 数 厂 在 1 ． 2 6 ～ 1 ．5 9之 问 ，粘 聚力 c 在 2 ．5 2 ~ 2 ．9 6 MP a之 间 参考文献 ： [ 1 ] 蔡胜华 ，陈文卓 ，等．嘉 陵江亭 子 15水利枢纽 大坝齿槽 常态混 凝土原位抗剪试 验 [ R] ． 苍溪 ：嘉陵江亭子 口水利水电开发有限 公 司试验 中心．2 0 1 1 ． [ 2 ] 杨华全 ， 任旭华．碾 压混凝 土的层 面结 合与渗流[ M] ．北京 ：中 国水利水 电出版社 ．1 9 9 9 ． [ 3 ] 蔡胜华 ，陈文卓 ，等．嘉 陵江亭子 口水利枢纽右 岸前期工 程碾 压 混凝土 层间接触 面现场现 场抗剪 断断强度试 验报告 『 R] ． 苍 溪 ： 嘉陵江亭子 口水利水电开发有限公 司试验 中心 ． 2 0 0 9 ． [ 4 ] 王述银 ， 覃理利 ，等． 龙滩水 电站碾 压混凝 土层间结合特性和质 量标准研究 [ R] ．武汉 ： 长江水利委员会长江科学院 ， 2 0 0 4 ． [ 5 ] 蔡胜华 ，王晓军 ，等．彭水 水 电站碾 压混凝 土施 工工艺及 现场 抗 剪断试 验[ R] ．武汉 ： 长 江水利委员会长江科学院 ， 2 0 0 6 ． [ 6 ] 蔡 胜华 ， 杨 华全 ，王 晓军 ，等． 碾压混 凝土施 T工艺试 验 研究 [ J ] ． 长江科学院院报 ， 2 0 1 0 ，2 4 ( 2 ) ： 5 0 — 5 3 ． ( 责任 编辑王 琪 ) 6 结语 综 上 所 述 ，从 施 工 导 流 、结 构安 全 、二 期 工 程 进 度 、移 民安 置 等 方 面分 析 ，亭子 口水 利枢 纽 三 期 工 程 具 备施 工 组 织 优化 的条 件 ．该 优 化 方案 可 有 效 缓 解 了 三 期 施 工 的压 力 。 实 践 证 明 ，采 用 该 方 案 后 ， 增 加 了 少 量 边 坡 防 护 和 明 渠 消 能 工 程 措 施 ．费 用 未 超 过 1 0 0万 元 ， 为 后 续 混 凝 土 浇 筑 赢 得 了 宝 贵 的 3 个 月 时 间( 截 流 时 间 和 上 闸 首 1 0 m 混 凝 土 浇 筑 时 间 ) 。上 闸首 在 2 0 1 2年 汛 后快 速 施 工 ，在 2个 月 内 达 碾 压 混 凝 土 上 升 4 7 r n ，其 速 度 创 造 了 行 业 之 最 ，汛 前 顺 利 达 到 4 5 4 ． 0 m 高 程 ，实 现 了 2 01 3年 6月 份 大 坝 下 闸 蓄水 目标 ，并 提前 半 年投 产 发 电 ，效 益 可 观 。 参考文献 ： 『 1 ] 周小军 ． 亭 子 口水利枢 纽升船机 上闸首混凝 土快速浇筑 方案研 究[ J ] ． 水力发 电， 2 0 1 3， 3 9 ( 6 ) ：8 0 — 8 3 ． [ 2 ] 孔 令富． 亭子 E l 水利枢纽 三期下游 全年围堰设计 与施工 [ J ] ． 水 力发电 ， 2 0 1 3 ， 3 9 ( 6 ) ： 8 4 — 8 5 ，8 8 ． ( 责任编辑王琪) W a t e r P o w e r V o 1 ． 4 0 N o ． 9圃