四方井水利枢纽筑坝粗粒料大型三轴压缩试验研究报告V5
来源：中考 发布时间：2020-11-17 点击：
报告 编号：
四方井水利枢纽筑坝粗粒料大型三轴压缩
试验研究报告
中国水利水电科学研究院
二〇 二 〇 年 五 月
四方井水利枢纽筑坝粗粒料大型三轴压缩试验研究报告
项目 来源：
：宜春市袁州区四方井水利枢纽工程有限责任公司 项目编号：GE0203A102020 项目名称：四方井水利枢纽筑坝粗粒料大型三轴压缩试验 项目起止时间：2019.12-2020.5 承担单位：岩土工程研究所 项目负责人：张茵琪 主要完成人：张茵琪 晁华怡 王俊鹏 张延亿 邓 刚 边京红 陈 辉 张幸幸 田继雪
报告执笔人：张茵琪 报告审查人：赵剑明 报告审批人：温彦锋
四方井水利枢纽筑坝粗粒料大型三轴压缩试验研究报告
目
录 1 工程概述.................................................................................................................... 1
2 试验内容和目的........................................................................................................ 1
3 试验材料.................................................................................................................... 1
4 大型相对密度试验.................................................................................................... 3
4.1 试验仪器与方法............................................................................................. 4
4.2 试验成果......................................................................................................... 4
4.3 三轴压缩试验制样干密度的确定................................................................. 4
5 大型三轴压缩试验.................................................................................................... 5
5.1 试验仪器与方法............................................................................................. 5
5.2 试验成果......................................................................................................... 6
6 结论及建议................................................................................................................ 8
四方井水利枢纽筑坝粗粒料大型三轴压缩试验研究报告 1 四方井水利枢纽筑坝粗粒料大型三轴压缩 试验研究报告
1 工程概述 四方井水利枢纽工程水库总库容 1.19 亿 m 3 ，主要由枢纽工程和供水工程两部分组成。枢纽工程包括主坝、副坝、溢洪道、引水隧洞、放空（导流）隧洞及发电厂房等。主坝坝型为粘土心墙土石坝，坝顶高程 155.8m，最大坝高 51.3m，坝顶宽 8m。副坝为均质土坝，坝顶高程 155.8m，最大坝高 13.1m，坝顶宽 8m。供水工程管线总长 12.3km。
2 试验内容和目的 受甲方委托，开展四方井水利枢纽筑坝粗粒料的大型相对密度试验及大型三轴压缩试验研究，获得不同试验条件下筑坝粗粒料的最大干密度和最小干密度、强度指标及邓肯张模型参数，为设计计算分析提供依据。
本次试验依据《土工试验方法标准》（GB/T50123-2019）进行。
3 试验 材料 试验材料取自斫洲里石料场，用于填筑堆石 I 区，取料工作由甲方负责，乙方进行专业指导及试验材料运输，取料及试验料筛分代表性图片如图 1 所示。
图 图 1 现场取料及筛分
四方井水利枢纽筑坝粗粒料大型三轴压缩试验研究报告 2 根据甲方提供的《施工单位自检台帐》、《平行检测台帐》、《法人终检检测台帐》绘制了筑坝粗粒料现场级配曲线，如图 2 所示。乙方兼顾筑坝粗粒料现场级配包络线及甲方对细粒土粒组（＜0.075mm、0.075mm~5mm）含量的要求，并经甲方确认后，提出了 4 组试验原级配，如表 1 所示。
相对密度试验及三轴压缩试验均采用大型设备，试样直径均为 30cm。依据《土工试验方法标准》（GB/T50123-2019）规定，试验最大允许粒径为 60mm，需对表 1 中的材料原级配进行缩尺，缩尺方法采用等量替代法。缩尺后的材料试验级配见表 2，缩尺后的材料试验级配曲线见图 3。经甲方确认，采用表 2 中的试验级配开展大型相对密度试验及大型三轴压缩试验。
图 图 2 筑坝材料现场 级配 曲线 表 表 1 试验 材料 原级配
粒径/mm 材料名称 小于某粒径之土的质量百分数（%）
600 400 200 100 80 60 40 20 10 5 0.075 试验原级配 1 100 93 82 68 60 52 44 37 30 25 8 试验原级配 2 100 100 100 84 74 66 57 46 36 29 8 试验原级配 3 100 93 82 68 60 52 44 37 30 25 10 试验原级配 4 100 100 100 84 74 66 57 46 36 29 10
四方井水利枢纽筑坝粗粒料大型三轴压缩试验研究报告 3 表 表 2 试验 材料 级配
粒径/mm 材料名称 小于某粒径之土的质量百分数（%）
60 40 20 10 5 0.075 试验级配 1 100
77.78
58.33
38.89
25
8 试验级配 2 100
82.73
61.62
42.43
29
8 试验级配 3 100
77.78
58.33
38.89
25
10 试验级配 4 100
82.73
61.62
42.43
29
10
（a）试验级配 1 和试验级配 2
（b）试验级配 3 和试验级配 4
图 图 3 缩尺后 试验 材料 级配曲线 4 大型 相对 密度试验 通过相对密度试验测定筑坝粗粒料在不同级配条件下的最大干密度和最小干密度，并根据规范确定的计算公式计算相对密度值，为大型三轴压缩试验制样
四方井水利枢纽筑坝粗粒料大型三轴压缩试验研究报告 4 干密度的确定提供参考。
4.1 试验仪器与方法 相对密度试验采用表面振动法。相对密度试验仪的试样筒内径为 300mm，高度为 340mm，最大允许粒径为 60mm，试样表面静载为 14kPa。激振器振动频率为 40Hz，激振力约为 4.2kN。最大干密度采用表面振动法测定，试样分两层装填，每层振动 8min；最小干密度采用倾注松填法测定。根据试样筒内土粒总质量和试验体积计算试样的最大干密度和最小干密度。
4.2 试验成果 筑坝粗粒料的相对密度试验结果见表 3，不同试验级配条件下筑坝粗粒料的最小干密度在1.711g/cm 3 ~1.730g/cm 3 之间，最大干密度在2.203~2.208g/cm 3 之间。
表 表 3 相对密度试验结果 试验 材料名称 最小干密度（ （g/cm 3 ）
）
最大干密度（ （g/cm 3 ）
）
验 试验 A 验 试验 B 平均值 验 试验 A 验 试验 B 平均值 试验级配 1 1.734 1.725 1.730 2.200 2.206 2.203 试验级配 2 1.725 1.698 1.711 2.207 2.203 2.205 试验级配 3 1.721 1.732 1.726 2.206 2.210
2.208 试验级配 4 1.732 1.725 1.729 2.197 2.211
2.204 4.3 三轴压缩试验制样干密度 的确定 经与甲方沟通确认，每个试验级配选取相对密度为 0.75 和 0.7 所对应的干密度作为制样干密度。试样制样干密度可根据下式计算：
min max maxmin maxdD r 式中：D r ——相对密度； ρ d ——天然干密度或填土的干密度，g/cm 3 ； ρ dmax 、ρ dmin ——最大干密度、最小干密度，g/cm 3 。
确定的制样干密度如表 4 所示。
四方井水利枢纽筑坝粗粒料大型三轴压缩试验研究报告 5 表 表 4 制样干密度
密度值
材料名称 对应于不同相对密度值的干密度（ （g/cm 3 ）
）
D r =0.7 D r =0.75 试验级配 1 2.036 2.062 试验级配 2 2.029 2.057 试验级配 3 2.038 2.064 试验级配 4 2.036 2.062 5 大型 三轴 压缩 试验 通过三轴压缩试验获得不同级配条件的筑坝粗粒料在不同围压下的应力变形特性，确定抗剪强度指标及邓肯张模型参数。
5.1 试验仪器与方法 大型三轴压缩试验采用中国水科院大型高压三轴仪，如图 4 所示，轴向最大出力为 250T，最大周围压力为 7MPa。试样直径 300mm，试样高度 700mm。试验方法为饱和固结排水剪（CD）。
试验步骤简述如下：
（1）根据试验级配及控制干密度分五层称取试验料，将每一层称取好的粗粒料搅拌均匀。试验级配及控制干密度分别见表 2 和表 4。
（2）使用对开模分五层制备试样，制样方法采用表面振动方法，使每层振密后的高度达到 14cm。
（3）试样制备完成后，检查并确保橡皮膜密封完好，安装压力室，采用真空泵对试样进行抽气饱和。
（4）待试样饱和完毕后施加围压并进行排水固结。待试样固结完成后，在设定围压条件下进行应变控制式剪切试验。
结合大坝坝高，每组试验采用 4 个围压，分别为 0.2MPa、0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa，轴向剪切速率为 1mm/min。剪切结束后部分试样如图 5 所示。
四方井水利枢纽筑坝粗粒料大型三轴压缩试验研究报告 6
图 图 4 中国水科院 大型三轴试验仪
图 图 5 试验完成后的代表性土样 5.2 试验 成果 筑坝粗粒料的强度指标及邓肯张模型参数如表 5 所示，应力应变曲线如图6~图 13 所示。
筑坝粗粒料为粗粒土，粗粒土作为无粘性土，通常没有凝聚力。但从图 6~图 13 可见，在比较大的应力范围内，抗剪强度与法向应力之间的比例关系不是一个常数，它随应力的增加而降低，若用摩尔强度包线表示，则呈向下弯曲的曲
四方井水利枢纽筑坝粗粒料大型三轴压缩试验研究报告 7 线，此时采用线性强度指标，通常会有出现较小的粘聚力。根据强度包线的非线性特征，提出了试验料的非线性强度指标。将每级围压力条件下的摩尔圆通过原点，可得出该级围压条件下的推荐访问:筑坝 井水 研究报告