[发明专利]粒料级配缩尺后最大干密度试验的数据研究方法

说明书

一种粒料级配缩尺后最大干密度试验的数据研究方法，采用剔除法、等量替代法、相似级配法和混合法依据规范要求进行缩尺，缩尺后替代级配料的最大颗粒粒径分别为20、40和60mm。对各替代级配料采用振动台法进行了最大干密度试验，同时结合分形理论，获得一种将最大干密度与级配及细粒含量之间关系归一化的方法，拟合了最大干密度与试验前级配的分形维数、小于5mm颗粒的含量及最大粒径之间的关系，推出原型级配料的最大干密度；根据缩尺方法对替代料试验前后粒径分布曲线变化幅度的影响，总结出颗粒破碎分形维数与试验前级配的分形维数、小于5mm颗粒含量及最大粒径之间的关系式，推出填筑后原型级配料的颗粒破碎分形维数。

技术领域

本发明涉及一种粒料级配缩尺后最大干密度试验的数据研究方法。

背景技术

200m及以上的超高土石坝面临诸如变形控制与变形协调等关键技术问题，这对主要筑坝材料堆石等粗粒料的力学性质的了解提出了更高而且非常迫切的要求。目前室内大型三轴或直剪试验仪器的允许最大粒径为60mm，远小于现场采用控制爆破技术开采的粗粒料的控制粒径600～1600mm，因此，进行室内试验时需要进行缩尺处理。由于现场原型级配料与室内试验替代料之间存在尺寸差异，往往导致两者的物理力学性质也存在差异，这种差异称为缩尺效应。

粗粒料缩尺效应进行研究首先遇到的是替代料的密实度如何控制的问题，目前反映粗粒料密实度的控制指标很多，包括孔隙比或孔隙率、干密度、相对密度和结构孔隙比[2]等。但无论采用哪种指标都需准确获得粗粒料干密度值。相比最大干密度，最小干密度没有其重要。因此，有必要对粗粒料最大干密度的缩尺效应进行深入研究。

很多学者利用室内试验对粗粒料最大干密度的缩尺效应进行了研究，目前主要集中在两个方面：一是定性研究某种缩尺方法下最大干密度随最大粒径变化规律或同一压实功下不同缩尺方法下得到的最大干密度的大小关系，这方面研究成果较多；二是定量研究同一压实功能下最大干密度与级配的关系，并据此推求出现场原型级配料的最大干密度。这方面成果相对较少。需要指出的是，上述研究对级配的定量描述仍依赖于级配曲线，尽管级配曲线的参数不均匀系数和曲率系数能在一定程度上能反映级配，但不准确。

分形理论由于可定量描述几何形体复杂程度及空间填充能力，近年来被一些学者应用到岩土材料的研究中，并取得了较好的成果。已有研究表明：不同粒度范围内的粗粒料均表现出一定的分形特性，相比不均匀系数和曲率系数表示级配的不确定性，分形维数能定量准确描述粗粒料的级配。

然而，目前仅极少数学者针对最大干密度与分形维数之间的关系展开研究，而且，现有相关研究忽略了小于5mm颗粒的含量及最大粒径对最大干密度的影响。事实上，同一分形维数可对应不同最大粒径下多个不同的小于5mm颗粒含量的级配，故仅根据最大干密度与分形维数之间的关系来推求现场原型级配的最大干密度显然不合理、也不科学。

同时，目前室内试验对原级配料进行缩尺时，替代料与现场原型级配料的最小粒径往往是相同的，诸如此类的因素导致两者的级配并不是严格意义上的相似，存在一定的误差，这种误差称为截尾误差，这就使得最大干密度具有最大粒径相关性，即：对母岩性质相同而最大粒径不同的粗粒料，即便是在试验前级配的分形维数相同的情况下，压实后得到的最大干密度仍存在差异。因此，利用室内试验结果推求原级配密度时，小于5mm颗粒的含量和最大粒径的影响无法忽略。

另一方面，筑坝粗粒料在填筑过程存在明显的颗粒破碎现象，颗粒破碎引起级配的变化，从而改变了物理力学性质，因此，有必要对不同缩尺方法得到的替代料在压实过程中的颗粒破碎程度的差异性及颗粒破碎前后级配的变化规律进行深入研究，进而估计原型级配料的颗粒破碎情况及级配的变化规律。目前，相关研究笔者还未见报道。

发明内容

本发明要解决上述现有技术存在的问题，提供一种粒料级配缩尺后最大干密度试验的数据研究方法，提出了一种将最大干密度与级配及细粒含量之间关系归一化的方法，建立了最大干密度与分形维数D1、P5含量及最大粒径之间的关系式，推求出原型级配料的最大干密度。