土石坝沥青混凝土心墙与过渡料接触变形大型试验研究

摘要

目前沥青心墙土石坝的坝高已经上升到150m量级，但是坝工界对沥青心墙与过渡料的接触部位发生大剪切变形后是否会对心墙的安全性造成影响仍存有疑虑，这在一定程度上影响了高沥青心墙土石坝的发展。日前国内外关于这方面的研究较少且研究不够透彻。因此，本文利用最新研制的大型叠环式单剪仪，通过原级配、大尺寸的模型试验对这一问题进行深入研究，以期为设计高沥青心墙坝提供技术支持。具体研究内容和结论如下: (1)过渡料单剪试验表明，过渡料的剪切应力与剪切位移符合双曲线关系，剪切应力的增长速率随轴向应力的增大而变快，其剪切应力峰值也越大；剪切破坏面发生在轴向应力最小的区域。 (2)沥青混凝土与过渡料单剪试验表明，两者接触部位的剪切应力与剪切位移呈双曲线关系，轴向应力越大，其剪切应力-切位移关系曲线分布越高。沥青混凝土与过渡料接触部位的抗剪强度与试件的压应力之间具有较好的线性关系。 (3)沥青混凝土与过渡料发生剪切变形时，其剪胀性与轴向应力大小有关。当轴向应力小于0.3Mpa时，试件表现为剪胀；当轴向应力大于0.3Mpa时，试件转为剪缩。剪切过程中各叠环水平位移发展表明沥青混凝土与过渡料接触部位无位错产生，剪切破坏面位置由轴向应力大小决定。 (4)沥青混凝士在发生火剪切变形(270mm)后，整个沥青混凝土试件除了位于试件下部的剪切破坏区域(2～5cm)内的孔隙率大于3%之外，其余部位尤其是与过渡料接触部位附近的沥青混凝土孔隙率均小于3%，表明大剪切变形后沥青心墙仍具防渗性。 (5)分别在沥青混凝土试件与过渡料之间放置两种厚度为20cm的小粒径滑动带，试验结果表明该技术措施能有效减小沥青混凝土和过渡料的剪切应力、应变，心墙与过渡料之间设置小粒径滑动带在一定程度上消散了过渡料对沥青混凝土心墙的锁定效果。

目录

声明

1. 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 土石坝沥青心墙与过渡料接触变形研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 剪切试验设备的发展

1.4 研究的主要内容、难点及创新点

1.4.1 研究的主要内容

1.4.2 研究的难点

1.4.3 研究的创新点

2. 试验原材料与配合比

2.1 过渡料原材料质量鉴定

2.1.1 过渡料原材料质量检测

2.1.2 过渡料级配

2.2 沥青混凝土原材料质量鉴定

2.2.1 粗骨料

2.2.2 细骨料

2.2.3 填料

2.2.4 沥青

2.3 沥青混凝土配合比

2.3.1 沥青混凝土级配

2.3.2 配合比试验

2.4 本章小结

3. 试验设备研发与方案设计

3.1 试验设备与原理

3.1.1 设备调试

3.1.2 传感器的率定和率定系数的选取

3.2 试验方案设计

3.2.1 试验原理

3.2.2 试验方案

3.3 本章小结

4. 过渡料单剪试验

4.1 过渡料成型

4.1.1 成型步骤

4.1.2 过渡料的成型效果

4.2 过渡料与叠环的摩擦

4.2.1 验证试验

4.3 试验方案与步骤

4.3.1 试验方案

4.3.2 试验步骤

4.4 试验结果分析

4.4.1 剪切应力与剪切位移的关系

4.4.2 压应力变化情况

4.4.3 过渡料抗剪强度

4.4.4 剪切破坏时过渡料的水平位移

4.5 本章小结

5. 沥青混凝土与过渡料接触变形试验研究

5.1 试件成型与试验步骤

5.1.1 仪器设备

5.1.2 成型步骤

5.1.3 试件的安装

5.2 试件方案与步骤

5.2.1 试验方案

5.2.2 试验步骤

5.3 试验成果分析

5.3.1 剪切应力与剪切位移的关系

5.3.2 压应力变化情况

5.3.3 抗剪强度

5.3.4 剪胀性

5.3.5 剪切过程中水平位移发展情况

5.4 沥青混凝土防渗性能检测

5.4.1 试件表面观察

5.4.2 试件的孔隙率

5.5 消散过渡料对沥青混凝土心墙锁定的技术措施研究

5.5.1 试验方案

5.5.2 试验结果

5.6 本章小结

6. 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的主要研究成果