[发明专利]寒冷地区基于孔隙分布指数的垫层料级配设计优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种寒冷地区基于孔隙分布指数的垫层料级配设计优化方法，属于水利工程、公路工程领域。

背景技术

水利工程中，混凝土面板堆石坝因其良好的适应性在西部地区受到了工程师的青睐，很多已建和在建的大坝都采用了这一坝型。然而由于西部冻土特性和气候原因，如果进入垫层的水不能及时排出，可能产生局部冻胀，导致面板坝产生不均匀变形开裂，进而影响坝体的稳定。垫层料冻胀变形与其渗透性和级配有关，合理级配的选取对于控制垫层料冻胀变形变得至关重要。

级配的不同，造成了垫层料孔隙分布的差异，寒冷情况下，水进入土体不能及时排出，水冷冻结冰体积增大，压迫土体孔隙而造成土体冻胀。故土体冻胀与土体当中孔隙的分布有着密切的联系。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种优化了级配的选择范围，减少试验工作量，在确定了垫层料作为面板支撑材料应有的密实度和排出漏进垫层料中水该有的渗透性的同时，保证了冻融循环强度条件下垫层料的冻胀变形最小，且产生的冻胀变形在面板坝的垂直压力约束下不会影响面板坝的正常使用的寒冷地区基于孔隙分布指数的垫层料级配设计优化方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

寒冷地区基于孔隙分布指数的垫层料级配设计优化方法，其特征在于：包括以下步骤：

S01，碾压密度的确定：垫层料的碾压密度设计为0.75～0.80，以使垫层料既有较高的相对密度，又不产生较大的冻胀变形；

S02，细砂粒组替换粉粘粒：替换粉粘粒的细砂粒组中的细砂颗粒直径为0.075～0.6mm，其他级配同谢拉德级配；

S03，孔隙分布指数的确定：垫层料中每一组级配的孔隙分布指数均为-6.3～-6.2；

S04，级配调整：进行冻胀和渗透试验，检验试样冻胀率、渗透系数是否符合工程要求；如果试样渗透系数过大，则孔隙分布指数应该在上述数值范围内调大；如果渗透系数过小或冻胀率过大，则孔隙分布指数应该在上述数值范围内调小；调整直到合理的级配出现。

所述级配包括所述细砂粒组和颗粒直径为80～100mm粗砂砾组；所述级配为连续级配；假设各级配中的颗粒尺寸一致，均为最大粒径和最小粒径的算术平均值；假设各级配中的颗粒为球形体且均匀分布。

所述碾压密度优选为0.78～0.80。

所述细砂粒组中的细砂颗粒直径为0.07～0.6mm。

所述细砂粒组中的细砂颗粒直径为0.065～0.6mm。

所述孔隙分布指数为-6.25～-6.2。

所述孔隙分布指数为-6.3～-6.25。

所述细砂粒组在所有级配中所占的含量范围为3.75～8.75％。

所述细砂粒组在所有级配中所占的含量范围为4～8％。

级配的不同，造成了垫层料孔隙分布的差异，寒冷情况下，水进入土体不能及时排出，水冷冻结冰体积增大，压迫土体孔隙而造成土体冻胀。故土体冻胀与土体当中孔隙的分布有着密切的联系。基于此，提出了孔隙分布模型的概念，用孔隙分布模型来模拟土体中孔隙的真实分布状态。

孔隙分布模型假定：

1)颗粒为理想球形体；

2)不同大小颗粒完全均匀分布；

3)同一粒组颗粒尺寸一致，均为该粒组最大粒径和最小粒径的算术平均值；

4)任取一定体积土体，其孔隙比保持不变，即土体中孔隙完全均匀分布。

这样，可计算得到单位质量土体内各粒组的平均颗粒体积大小v_i和颗粒总数n_i为：

vi=16πdi3---(1)]]>