碾壓混凝土室內(nèi)試驗和壓水試驗滲透系數(shù)間的關系

1、碾壓混凝土室內(nèi)試驗和壓水試驗浸透系數(shù)間的關系摘要：本文對江埡大壩二級配、三級配碾壓混凝土的室內(nèi)試驗和壓水試驗浸透系數(shù)值進展了統(tǒng)計分析，并作出了各自的積累概率曲線。根據(jù)累積概率曲線得出了6種保證率下二級配、三級配碾壓混凝土室內(nèi)試驗和壓水試驗的浸透系數(shù)值，并用最小二乘法擬合得出二級配、三級配碾壓混凝土室內(nèi)試驗和壓水試驗浸透系數(shù)間的線性關系式。擬合結(jié)果說明室內(nèi)試驗和壓水試驗浸透系數(shù)間存在很好的線性相關關系。根據(jù)上述線性關系式，可利用室內(nèi)試驗浸透系數(shù)來預測壓水試驗浸透系數(shù)。關鍵詞：碾壓混凝土室內(nèi)試驗壓水試驗浸透系數(shù)線性相關關系目前世界上已建和在建的碾壓混凝土壩已超過200座。由于碾壓混凝土壩存在眾多的

2、層(縫)面，其浸透指標是評價其質(zhì)量的一個重參數(shù)，而浸透系數(shù)是評定碾壓混凝土浸透性的主要浸透指標。目前測定碾壓混凝土浸透系數(shù)有室內(nèi)芯樣浸透試驗和現(xiàn)場壓水試驗兩種。壓水試驗需在碾壓混凝土壩施工現(xiàn)廚行，存在一定的壩面施工干擾，試段壓力過大還會對壩體產(chǎn)生不良影響。此外，相對室內(nèi)試驗來說，現(xiàn)場壓水試驗更消耗人力、物力。故假設能根據(jù)室內(nèi)試驗浸透系數(shù)來預測現(xiàn)場壓水試驗浸透系數(shù)，就可為碾壓混凝土浸透性指標的獲得創(chuàng)造簡化的條件。根據(jù)國內(nèi)外一些已建碾壓混凝土壩室內(nèi)試驗和壓水試驗浸透系數(shù)的資料來看，壓水試驗浸透系數(shù)一般比室內(nèi)試驗浸透系數(shù)大2個數(shù)量級左右，但還沒有建立起兩者之間的相關關系。本文將根據(jù)江埡大壩二級配、三

3、級配碾壓混凝土室內(nèi)試驗浸透系數(shù)和壓水試驗浸透系數(shù)的統(tǒng)計分析結(jié)果，來擬合碾壓混凝土室內(nèi)試驗和壓水試驗浸透系數(shù)間的相關關系式。1工程簡介江埡水利樞紐位于湖南省張家界市境內(nèi)澧水支流溇水中游，距長沙322k，總庫容17.411083，電站裝機3000，工程具有防洪、發(fā)電、灌溉、航運以及供水等綜合作用。擋水建筑物采用碾壓混凝土重力壩，最大壩高為131.重力壩根底設置2.0厚的三級配常態(tài)混凝土，標號為15，除預制廊道及壩頂構(gòu)造外采用全斷面碾壓混凝土，以三級配為主。防滲層是二級配碾壓混凝土，標號為20.其上游為變態(tài)混凝(在二級配碾壓混凝土鋪料中另加一定量水泥漿并用插入式振搗器振搗形成厚度為30的混凝土稱變態(tài)

4、混凝土)，在客觀上加強了防滲層。防滲層厚度依次為：高程165.0以下采用8，高程165.0高程215.0之間采用5，高程215.0高程240.0之間采用3.防滲層下游壩體為三級配碾壓混凝土，在高程190以下其標號為15，在高程190以上其標號為10.大壩采用分層填筑碾壓法施工，每30為一填筑碾壓層，層間結(jié)合面稱為層面，層面間的間隔時間在初凝時間內(nèi)，層面不作任何處理，超過初凝時間，又在24h之內(nèi)，那么在攤鋪上層混凝土之前，需刮鋪2.0厚的砂漿；超過24h按常規(guī)施工縫處理。一般最大層間允許間隔時間為6h.每填筑碾壓10層為一升程，其厚度為3，每個升程結(jié)合面稱為縫面，縫面停歇時間較長，縫面處理按常態(tài)

5、混凝土施工縫處理。江埡大壩混凝土方量為1301043，其中碾壓混凝土為1051043。2室內(nèi)試驗和壓水試驗概況室內(nèi)浸透試驗在河海大學研制的KS-50B多功能高壓浸透儀上進展，試驗用碾壓混凝土芯樣取自已澆好的江埡碾壓混凝土大壩。芯樣類型有二級配碾壓混凝土、三級配碾壓混凝土和變態(tài)混凝土3種(每種碾壓混凝土均包括含層、含縫和本體芯樣)，芯樣為150150的圓柱體，試驗步驟和試驗成果詳見“九五攻關子題報告剔除少數(shù)浸透異常的芯樣后，共獲得107個有效的浸透系數(shù)數(shù)據(jù)，其中二級配碾壓混凝土67個，三級配碾壓混凝土22個，變態(tài)混凝土18個。為檢查碾壓混凝土施工質(zhì)量，中國水利水電科學研究院和湖南湘水根底施工分別

6、于1997年和1998年對江埡碾壓混凝土大壩高程158.0以下壩體和高程160.0高程191.0壩體碾壓混凝土進展了現(xiàn)場壓水試驗。壓水試驗鉆孔孔徑為75，壓水試段長為1.5(少數(shù)試段長1.0、2.03、2.04、2.4、3.0或6.0)。壓水試驗鉆孔位置和壓水試驗成果詳見各報告江埡大壩現(xiàn)場壓水試驗報告(初稿).中國水利水電科學研究院構(gòu)造材料所。1997年10月。江埡水利樞紐工程大壩碾壓混凝土質(zhì)量檢查鉆孔取芯及現(xiàn)場壓水試驗報告。湖南湘水根底施工，1998年5月。在統(tǒng)計分析之前，對前述壓水試驗的透水率數(shù)據(jù)作了取舍，即二級配碾壓混凝土中少量透水率大于3.0Lu以及三級配碾壓混凝土中少量透水率大于4.

7、0Lu的試段屬于特殊非正常浸透，不列入統(tǒng)計樣本中，透水率為0.0Lu的試段也不列入統(tǒng)計樣本中。剔除上述試段后，總共有161段次的有效透水率數(shù)據(jù)，其中二級配碾壓混凝土123段次，三級配碾壓混凝土38段次。3室內(nèi)試驗浸透系數(shù)和壓水試驗浸透系數(shù)間的相關關系式中：k浸透系數(shù)，單位：/s；Q滲流量，單位：3/s；L試段長，單位：；R影響半徑，單位：(對于非飽和帶壓水，一般取試段長度L3)；p試段壓力值，單位：水頭；r0鉆孔半徑，單位：.試段透水率計算公式為式中：q試段透水率，單位：Lu；L試段長，單位：；Q滲流量，單位：L/in；p試段壓力值，單位：Pa.把壓水試驗中的鉆孔半徑r03.75和試段長L15

8、0、300、240、204、203、100、600分別代入式(1)和式(2)，然后兩式相除，同時統(tǒng)一單位可得透水率(Lu值)和浸透系數(shù)(/s)的換算因子，結(jié)果見表1.表1透水率(Lu值)與浸透系數(shù)(/s)的換算因子試段長/換算因子1001502032042403006008.719.7910.610.611.011.613.4根據(jù)二級配、三級配碾壓混凝土室內(nèi)試驗浸透系數(shù)的頻率統(tǒng)計結(jié)果和頻率直方圖，先假設二級配、三級配碾壓混凝土室內(nèi)試驗浸透系數(shù)均服從對數(shù)正態(tài)分布，再用柯爾莫哥洛夫檢驗法對假設的分布函數(shù)進展檢驗，檢驗結(jié)果說明，二級配、三級配碾壓混凝土室內(nèi)試驗浸透系數(shù)均在顯著性程度=0.05下服從對

9、數(shù)正態(tài)分布。根據(jù)二級配、三級配碾壓混凝土室內(nèi)試驗浸透系數(shù)的統(tǒng)計特征值(見表2)作出的對數(shù)正態(tài)分布的累積概率曲線如圖1所示。圖2壓水試驗浸透系數(shù)對數(shù)正態(tài)分布的累積概率曲線表2二級配、三級配碾壓混凝土室內(nèi)試驗和壓水試驗浸透系數(shù)的統(tǒng)計特征值混凝土類型均值變異系數(shù)vlgkk/(s)室內(nèi)試驗二級配67-8.9441.1410-91.5530.17三級配22-7.8731.3410-81.2190.15壓水試驗二級配123-6.9591.1010-70.9150.13三級配38-6.1916.4410-71.0150.16根據(jù)表1的換算因子將現(xiàn)場壓水試驗各試段的透水率(Lu值)換算為浸透系數(shù)值(/s)，同

10、上可得出二級配、三級配碾壓混凝土現(xiàn)場壓水試驗浸透系數(shù)的統(tǒng)計特征值(見表2)和對數(shù)正態(tài)分布的累積概率曲線(見圖2).表3室內(nèi)試驗和現(xiàn)場壓水試驗6種保證率下的浸透系數(shù)值保證率(%)30506066.78090室內(nèi)試驗室內(nèi)試驗10-9/s)0.171.142.823.5723.34112.07壓水試驗/(10-7/s)0.371.101.882.746.5116.37壓水試驗室內(nèi)試驗/(10-8/s)0.311.342.744.5314.3849.02壓水試驗/(10-6/s)0.190.641.171.774.6412.09采用相關系數(shù)r檢驗法，由參考文獻4的附表14和相關系數(shù)值可知，對二級配和三

11、級配碾壓混凝土，室內(nèi)試驗浸透系數(shù)和現(xiàn)場壓水試驗浸透系數(shù)間均在顯著性程度=0.05下滿足線性相關關系，可見相關關系是很好的。圖4三級配碾壓混凝土室內(nèi)試驗和壓水試驗浸透系數(shù)間的相關關系4結(jié)論及建議由表3的數(shù)據(jù)可看出，現(xiàn)場壓水試驗的浸透系數(shù)比室內(nèi)試驗的浸透系數(shù)大12個數(shù)量級，這與以往的試驗成果是一致的。通過對6種保證率下兩者浸透系數(shù)值的相關關系分析可知，現(xiàn)場壓水試驗和室內(nèi)浸透試驗的浸透系數(shù)間存在很好的線性相關關系，應用最小二乘法擬合的線性關系式如下：對二級配碾壓混凝土：y13.61x1.5510-7；對三級配碾壓混凝土：y25.52x5.2810-7。以上二式中，x為室內(nèi)浸透試驗的浸透系數(shù)(/s)；y為現(xiàn)場壓水試驗的浸透系數(shù)(/s)。有了現(xiàn)場壓水試驗浸透系數(shù)和室內(nèi)試驗浸透系數(shù)的關系式后，就可以根據(jù)室內(nèi)試驗浸透系數(shù)來預測現(xiàn)場壓水試驗的浸透系數(shù)。值得指出的是，上述關系式僅僅是根據(jù)江埡碾壓混凝土壩的資料而得出的，要外延至其他碾壓混凝土壩，還有待于搜集更多的資料進展整理分析，以修正上述建立的初步關系式。參考文獻