下坂地水利枢纽工程沥青混凝土心墙芯样静三轴试验成果分析.pdf

水利水电技术第4 3卷2 0 l 2年第 1 0期 下坂地水 利枢纽工程沥青混凝土心墙芯样 静 三轴试验成果分析 樊曙光 ，翁 昌国 ( 1 新疆下坂地水利枢纽工程建设管理局，新疆 喀什8 4 4 0 0 0 ； 2 葛洲坝试验检测有限公司，湖北 宜昌 4 4 3 O Y 2 ) 摘要：本文结合 下坂地水利枢纽工程 实际应用，对影响水工沥青混凝土静三轴试验结果的温度 、加 载速度 、围压三大因素进行研究分析 ，得 出了温度 、加载速度 、围压三大因素对水工沥青混凝土静三 轴试验 结 果的影 响规律 。 关键词 ：水工沥青混凝土；静三轴试验；初始模量；下坂地水利枢纽工程 中图分类号 ：T V 4 1 ( 2 4 5 ) 文献标 识码 ：B 文章编号 ：1 0 0 0 0 8 6 0 ( 2 0 1 2 ) 1 0 0 0 1 6 0 3 An a l y s i s o n r e s u l t o f s t a t i c t r i - a x i a l t e s t o n c o r e s a mp l e f r o m a s p h alt c o n c r e t e c o r e - wa l l o f X i a b a n d i Wa t e r C o n t r o l P r o j e c t F AN S h u g u a n g ，W ENG Ch a n g g u o ( 1 X i n j i a n g X i a b a n d i Wa t e r C o n t r o l P r o j e c t C o n s t r u c t i o n A d m i n i s t r a t i o n ，K a s h i 8 4 4 0 0 0 ，X i n j i a n g ，C h i n a ； 2 G e z h o u b a T e s t i n g C o ， L t d ， Y i c h a n g 4 4 3 0 0 2， H u b e i ， C h i n a ) A b s t r a c t ： I n a c c o r d a n c e 、 v i t h t h e a c t u a l a p p l i c a t i o n t o t h e c o n s t ruc t i o n o f X i a b a n d i Wa t e r C o n tr o l P r o j e c t t h e t h r e e k e y f a c t o r s t h o s e i mp a c t t h e r e s u h f r o m t h e s t a t i c t r i a x i al t e s t o n t h e h y d r a u l i c a s p h alt c o n c r e t e ，i e t e mp e r a t u r e， l o a d i n g r a t e a n d c o n f i n i n g p r e s s u r e ，a r e a n a l y z e d a n d s t u d i e d h e r e i n，a n d t h e n t h e l a ws o f t h e i r i mp a c t s O i l t h e r e s u h f r o m t h e t e s t a r e o b t a i n e d Ke y w o r d s ： h y d r a u l i c a s p h al t c o n c r e t e ； s t a t i c t r i axi a l t e s t ； i n i t i a l m o d u l u s ； X i a b a n d i Wa t e r C o n t r o l P ro j e c t 1 引言 沥青混凝土是一种典型的粘弹塑性综合体 ，在小 变形范围内为线性粘弹性体 ，在大变形流动范围内表 现为粘塑性体 ，而在过渡范围内则表现为一般粘弹性 体。工程中需要采用 沥青 混凝 土非 线性参数进行演 算 ，参数一般用静三轴试验确定。影响静三轴试验结 果的因素众多，本文结合新疆下坂地水利枢纽工程拦 河坝碾压式沥青混凝土心墙芯样静三轴试验，分析探 讨温度、加载速度、围压三大因素对水工沥青混凝土 静三轴试验结果的影响规律 。 2 试验方法及项目设计 试验根 据 水 工 沥 青 混凝 土试 验 规 程( D I JT 5 3 6 2 -2 0 0 6 ) 相关条文进行。芯样尺寸切割为 1 0 0 m l n x 2 0 0 i n n，试件在设定温度条件下恒温大于 2 4 h ，按 1 6 设定变形速率进行静三轴试验。试件在围压条件下稳定 3 0 m i n后进行轴向加载，通过传感器用计算机采集试件 加载过程中的轴向力、轴向位移和体变位移 ，再由试件 面积、高度和体积计算出试件的轴向应力、轴向应变和 体积应变。沥青混凝土芯样静三轴试验项 目见表 1 。 3 试验结果 3 1 试验温度为 3 4的静三轴试验结果 3 1 1 加载速度 0 2 mm m i n和不 同围压条件的三 轴 试验 沥青混凝土静三轴试验结果见表 2 、表 3 。 3 1 2加 载速 度 0 0 5 m m mi n的三 轴试验 沥青混凝土静三轴试验结果见表 4 。 收稿 日期 ：2 0 1 2 0 8 0 2 作者简介 ：樊曙光( 1 9 5 7 一 ) ，男 ，高级工程师 ，副局 长。 W a t e rRe s o u r c e s a n dHy d r o p o we r En g i n e e r i n g V o 1 4 3 No 1 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 樊曙光， 等下坂地水利枢纽工程沥青混凝土心墙芯样静三轴试验成果分析 表 1 沥青混凝土芯样静三轴试验项 目 表 6沥青混凝土静三轴非线性参数 ( 1 0 o C，EB模 型) 试验 温度 变形速率 mm mi n 围压 MP a O 2 O 0 2，0 4，0 8，1 2 3 4 O 0 5 0 2 0 2 O 0 2，0 4，0 8，1 2 1 0 O 0 O 5 O 2 0 2 0 O 2 2 O O 0 O 5 O 2 表 2沥青混凝土静三轴试验结果 ( 3 4 o C，加载速度 0 2 mm min ) 围压 密度 孔 隙 最大偏 最大偏应 最大压 最 大体 泊松 1 应变 应力 力时轴向 缩体 应 变偏 应 时割线 M P a g c m一 率 比 MP a 应变 变 力 1V I P 8 量 M P a 0 2 2 4 08 0 41 2 3 2 8 1 5 一O 2 4 1 8 O 0 4 7 6 3 5 0 4 2 3 98 0 8 2 2 5 0 l O 8 5 一O 2 6 1 8l 0 4 7 71 7 0 8 2 4 O 8 0 41 3 2 9 l 1 5 3 一O 2 9 2 6 6 0 4 8 8 6 5 1 2 2 4 05 O 5 2 3 4 8 1 3 5 6 0 3 9 3 O 6 0 4 8 l 】 4 4 表 3 沥青混凝土静 三轴 非线性参数 ( 3 4 ，E一8模 型 ) 密度 孔隙 粘聚力 内摩擦角 模量 模量 破坏 泊 桑 体 变模量参数 g c m一 率 C l MP a ( 。 ) 数 指数 n 比 ， 比“ 模量数 m 2 4 O 5 0 5 4 O 6 5 2 2 2 5 3 3 4 0 3 8 0 7 8 0 4 8 2 6 8 7 O 3 1 表 4沥青 混凝 土静 三轴试验 结果 ( 3 4，加载速度0 O 5 mn 1 mi n ) 围压 密度 孔隙 最大偏 最大偏应 最大压 最大体 泊松 1 应变 应力 力时轴 向 缩体应 变偏应 时割线楱 MP a g c m一 3 率 比 MP a 应 变 变 力 Mn 量 MP a 0 2 2 4 0 8 0 4 2 1 2 8 8 7 0 一O 3 1 1 O 5 0 4 9 4 5 0 3 2试验温度为 1 0的静三轴试验结果 3 2 1 加 栽速度 0 2 ra m ra i n和不 同围压条件的三 轴试 验 沥青混凝土静三轴试验结果见表 5 、表 6 。 表 5沥青混凝土静三轴试验结果 ( 1 O 。加载速度 O 2 m丌 1 mi n ) 围压 密度 孔 隙 最大偏 最大偏应 最大压 最大体 泊松 I 应变 应力 力时轴向 缩体应 变偏 应 时割线 M P g c m 一 3 比 MP a 应 变 变 力 MP 目 量 MP a 0 2 2 4 0 4 O 5 7 1 2 9 1 2 2 4 一0 2 6 1 0 6 0 48 4 3 9 O 4 2 4 O 6 0 4 7 1 6 5 1 2 5 8 一O 2 7 1 1 4 0 4 7 4 9 3 O 8 2 4 O9 0 3 7 2 1 9 1 6 5 3 0 4 5 1 9 O 0 4 7 5 O 7 1 2 2 4 O8 0 4 2 3 O 3 21 9 O 0 7 0 2 1 6 0 4 7 5 2 9 3 2 2加 载速度 0 0 5 m m m i n的三轴 试验 沥青混凝土静三轴试验结果见表 7 。 水利水电技术第4 3卷2 0 1 2年第 1 0期 密度 孔 隙 粘 聚力 内摩擦角 模量 模 量 破坏 泊桑 体变模量参数 g e m一 c MP a 4 ,( 。 ) 数 指数 n 比 R， 比“ 模量数 2 4 0 7 0 4 6 O 2 8 2 7 3 4 6 3 5 0 1 5 0 8 O 0 4 7 1 98 1 b 2 6 表 7沥青 混凝 土静 三轴试验 结果 ( 1 O ，加载速度 0 0 5 mm mi n ) 围压 密度 孔隙 最大压 最大体 泊松 1 应 变 缩体应 变偏应 时割线模 MP g 12 m一 塞 比 变 力 MP a 量 MP a O 2 2 40 9 O 3 7 一O 3l 0 5 8 0 4 9 1 9 2 3 3 试验温度为 2 0的静三轴试验结果 3 3 1 加 载速 度 0 2 ram ra i n的三轴试 验 沥青混凝土静三轴试验结果见表 8 。 表 8 沥青混凝土静三轴试验结果 ( 2 O ，加载 速度 0 2 mm min ) 围压 密度 孔隙 最大偏 最大偏应 最大压 最大体 1 应变 应力 力 时轴 向 缩体应 变偏应 泊松 时割线栲 MP a g (3 m一 率 比 MP 应变 变 力 MP 量 MP a O 。 2 2 4 0 7 0 4 6 O 7 3 1 6 6 l 一0 2 4 0 41 0 ， 4 9 9 0 3 3 2加 载速度 0 0 5 ram rai n的三 轴试验 沥青混凝土静三轴试验结果见表 9 。 表9 沥青混凝土静三轴试验结果 ( 2 0，加载速度0 0 5 mm mi n ) 围压 密度 孔隙 最大压 最大体 1 应变 缩体应 变偏应 泊松 时割线模 MP a g e m一 率 比 变 力 MP a 量 MP a O 2 2 4 0 5 O 5 5 一O 3 3 O 2 5 0 4 8 0 4 8 4 温度 、加载速度和围压对沥青混凝土初始 模量的影响 4 1 温度和加载速度对初始模量的影响 在 0 2 MP a围压条件下 ，沥青混凝土在 2个加载 速度 ( 0 2 m m m i n ， 0 0 5 m m mi n ) 和 3个温度条件下 ( 3 4 ， 1 0 ， 2 O) 的初始模量见表 1 0 、图 1 。 从表 1 0和图 1可看出，温度对沥青混凝土初始 模量的影响很大 ，温度高 ，模量小。在加载速率 0 2 ram rai n条件下，温度为 3 4时，模量为 6 3 5 MP a ； 温度为 1 0时 ，模量为 4 4 MP a ；温度 为 2 0 时， 模量为 9 MP a 。在加载速率 0 0 5 m rai n条件下 ，温度 为 3 4 o C时 ，模量为 4 5 M P a ；温度为 1 0 c I = 时 ，模量 为 1 9 2 M P a ；温度为 2 0时，模量 为 0 5 MP a 。在 1 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 樊曙光， 等下坂地水利枢纽工程沥青混凝土心墙芯样静三轴试验成果分析 表 1 0 不 同加载速度和不同温度条件下的沥青混凝土 初始模量( 围压 0 2 MP a ) 加载速度 ra m ra i n 温度 C 1 应变 时割线模量 MP a 平均值 3 4 7 1 2，6 5 0，5 4 4 6 3 5 O 2 l 0 4 2 0，51 3， 3 8 6 4 4 2 0 8 7， 1 0 2， 8 1 9 O 3 4 51 0，4 3 0，41 0 4 5 O 0 5 1 0 1 8 2， 1 9 7， 1 9 7 1 9 2 2 0 0 6 0，0 3 5，0 5 0 0 5 -0 2 J mm I 、 O O 5 m n i i n C a 夏 I r r m r n kn J 、 、 L 、 。 一 ： 温度 图 1 1 轴 向应变时的割线模置与温度的关系 ( 围压为 0 2 MP a ) 2种加载速率条件下 ， 温度每升高 1，模量下降约 2 7 MPa 。 加载速度对沥青 混凝土初始模量 的影 响也 比较 大，加载速度小 ，模 量小。 当加载速 度是 0 2 m m ra i n的 1 4时( 0 0 5 m rai n ) ，温度为 3 4时，模量 由6 3 5 MP a下降到 4 5 MP a ，下降 了 1 8 5 MP a ( 即下 降了 2 9 ) ；温度为 1 0 时 ，模量由 4 4 MP a下降到 1 9 2 MP a ，下降了 2 4 8 M P a ( 即下降了 5 6 ) ；温度 为 2 0时，模量 由9 MP a下降到 0 5 M P a ，下 降了 8 5 MP a ( 即下降了9 4 ) 。温度越高 ，加载速度对沥 青混凝土模量 的影响越显著。 4 2 围压对初始模量的影响 在加载速度Q2 m m m i n和 2个温度条件下( 3 4， 1 0) 的初始模量见表 1 1 、图 2 。 从表 1 1 和图2可看出，围压对沥青混凝土初始模 量的影响程度取决于温度条件，温度高，影响程度小。 在温度为 3 4 c 【 = 时，当围压由 0 2 lV I P a增加到 1 2 MP a 时，模量由6 3 5 M P a 增加到 1 1 4 4 M P a ( 增加了8 0 ) ； 温度为 1 0时，当围压由0 2 N P a 增加到 1 2 M P a时， 模量由4 4 M P a 增加到 5 2 9 lU P a ( 仅增加了2 0 ) 。 5 结语 ( 1 ) 温度对沥青混凝土初始模量的影响很大 ，温 1 8 表 1 1 不 同温度和不 同围压条件下的沥青混凝土初始模量 【 加载速度 O 2 mm mi n ) 温度 围压 MP a 1 应变时割线模量 MP a 平均值 0 2 71 2，6 5 0， 5 4 4 6 3 5 0 4 6 7 2， 5 4 5，9 3 5 71 7 3 4 O 8 1 0 3 0， 8 5 7， 7 0 7 8 6 5 1 2 9 6 5，1 1 4 2， 1 3 2 5 l 1 4 4 O 2 4 2 0， 5 1 3，3 8 6 4 4 O 4 4 9 0，4 7 0，5 2 0 4 9 3 1 O 0 8 4 9 0，5 6 5，4 6 7 5 O 7 1 2 5 2 1，6 0 2，4 6 5 5 2 9 I I I 1 I I I l ， I r 1 ， ( 、 o 1 0 七 -3 4 一 线性( 3 4 ： 一 线性( 1 0 ) 0 0 2 0 4 0 6 0 8 1 0 1 - 2 1 4 围压 MP a 图 2 1 轴 向应变 时的割线模量与 围压的关 系 ( 加载速度 0 2 mm min ) 度高 ，模量小 。在加 载速率 0 2 ra m rai n条件下，温 度为 3 4时，模量为 6 3 5 MP a ；温度为 1 0时 ， 模量为 4 4 MP a ；温度为 2 0 q C 时 ，模量为 9 MP a 。在 加载速率 0 0 5 m ra i n条件下 ，温度为 3 4 q c 时 ，模 量为4 5 M P a ；温度为 1 0时，模量为 1 9 2 M P a ；温 度为 2 0时 ，模量为 0 5 M P a 。在 2种加载速率条 件下 ，温度每升高 1 ，模量下降约 2 7 MP a 。 ( 2 ) 加载速度对沥青混凝 土初始模量的影响也 比 较大，加载速度小 ，模量小。当加载速度是 0 2 m m ra i n的 1 4时( 0 0 5 m m i n ) ，温度为 3 4 c lC时，模量 由6 3 5 M P a 下降到 4 5 MP a ，下降了 1 8 5 MP a ( 即下 降了 2 9 ) ；温度为 l 0时，模量 由4 4 MP a 下降到 1 9 2 MP a ，下降了 2 4 8 M P a ( 即下降了 5 6 ) ；温度 为 2 0时，模量 由9 MP a下降到 0 5 MP a ，下降了 8 5 MP a ( 即下降了 9 4 ) 。温度越高 ，加载速度对沥 青混凝土模量的影响越显著。 ( 3 ) 围压对沥青混凝土初始模量的影响程度取决 于温度条件 ，温度高 ，影响程度小 。在温度为 3 4 q C 时 ，当围压 由 0 2 MP a增加到 1 2 M P a时，模 量 由 6 3 5 MP a 增加到 1 1 4 4 M P a ( 增加 了 8 0 ) ；温度为 1 0时，当围压 由 0 2 M P a增加到 1 2 M P a时 ，模 量 由4 4 MP a 增加至 U 5 2 9 MP a ( 仅增力 了 2 0 ) 。 ( 责任编辑欧阳越) 水利水电技术第4 3卷2 0 1 2 年第l O期 加 加 加 珊 稀密营 落足暴 一 鲫 加 妯 m 0 B d 卿 孺墨絮 毯世霹 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m