堆石料过渡料附加质量法检测试验成果报告

抽水蓄能电站上水库过渡料附加质量法检测试验成果报告抽水蓄能电站土建及金属结构安装工程抽水蓄能电站上水库过渡料附加质量法检测试验成果报告批准： 审定： 审核： 编制： 抽水蓄能电站工程施工项目部抽水蓄能电站上水库过渡料附加质量法检测试验成果报告批准： 审核： 编制： 目 录1. 概况11.1 工程概况11.2试验检测工程量12. 附加质量法试验目的23. 技术依据24. 工作方法与技术24.1 附加质量法检测方法原理24.2 主要仪器设备54.3 质量保证措施54.3.1 仪器的检验标定64.3.2 现场检验工作65. 碾压试验场地及测点布置65.1 试验场地65.2 测点布置76. 检测技术要求77. 试验成果87.1 数字量板建立87.2 过渡料成果分析97.3 碾压遍数与干密度关系分析217.4 洒水量与干密度关系分析228. 总结与建议238.1 总结238.2 建议241. 概况1.1 工程概况、枢纽工程主要建筑物由上水库、下水库、输水系统、地下厂房和开关站等组成。上水库主、副坝均采用沥青混凝土面板堆石坝，坝顶高程272.40m，主坝最大坝高182.3m，坝顶长度810m。上水库库盆采用库岸沥青混凝土面板及库底土工膜防渗。上水库沿库周设库岸公路，路面高程272.40m，路面宽度6.5m，总长约3.0km(含坝顶公路)。下水库主要建筑物有大坝、溢洪道、放水管、库盆、库岸公路等。下水库大坝采用沥青混凝土面板堆石坝，最大坝高38.00m，坝顶高程87.00m，坝顶长度670.00m。下水库采用库岸沥青混凝土面板及库底粘土铺盖防渗。下水库溢洪道采用开敞式溢洪道，自由溢流，全长约266.72m。下水库放水管布置在大坝右岸，全长约509.96m。1.2试验检测工程量根据不同的施工参数（含水率、碾压遍数）以及不同料源进行试验，并同步进行挖坑检测，过渡料合计检测46个附加质量法测点，坑测对比46个点。具体工作量详见表1-1。表1-1 试验完成工作量统计表(过渡料)场次时间洒水量%碾压厚度cm碾压遍数碾压机具t附加质量法点数（个）坑测法（个）第一大场2018.09.1654082633104082633154082633第二大场2018.09.211040626331040826331040102633第三大场2018.10.0110406205510406265510408205510408265510408液压夯33复核场2018.09.241040826552. 附加质量法试验目的本次试验的主要目的是论证附加质量法用于句容抽水蓄能电站大坝填筑碾压质量检验方法的适用性。3. 技术依据本项目引用的标准和规程规范如下（但不限于）：（1）水利水电工程物探规程（SL326-2005）；（2）水电水利工程物探规程（DL/T 5010-2005）；（3）碾压式土石坝设计规范（DL/T53952007）；（4）碾压式土石坝施工规范（DL/T51292013）；（5）水电水利工程土工试验规程（DL/T53552006）；（6）土石筑坝材料碾压试验规程（NB/T35016-2013）；（7）江苏句容抽水蓄能电站上、下水库大坝填筑现场碾压试验实施细则。4. 工作方法与技术4.1 附加质量法检测方法原理附加质量法是将一定面积以下的堆石体等效为单自由度线性弹簧振动体系，理想的单自由度线性弹簧振动体系，完全弹性体的弹簧一端固定，另一端连接质点m，依据单自由度弹簧体系的振动理论，将附加质量和压板等效为一根弹簧，实际构造的数学模型与理想模型的差别在于弹簧体上，弹性堆石体是具有质量和体积的，而理想模型弹簧体是没有质量和体积的，为了解决这个因素，将振动单子改成一个可随时改变的等差质量m体附加质量，测出各级质量下所对应体系的垂向自振频率f，根据f与m的关系，即可求得压板下的参振质量m0。 理论基础附加质量法的基本理论是单自由度线弹性无阻尼自由振动理论, 采用测试附加质量体与堆石体产生共振时固有频率的方法，求解堆石体的质量和体积从而求出堆石体的密度。基本理论是以如图4-1所示构造的数学模型为基础，堆石体计算范围为圆台体，其质量的。 图4-1 构造数学模型 图4-2 积分模型求堆石体质量。堆石体是具有质量和体积的，而理想模型弹簧体是没有质量和体积的，为了解决这个因素，将振动单子改成一个可随时改变的等差质量m体附加质量，测出各级质量下所对应体系的垂向共振频率f，根据f与m的关系，即可求得压板下的参振质量。求堆石体体积。为了便于说明求解参振堆石体的体积, 将参振堆石体假设为如图4-2所示的积分数学模型。设承压板下参振体有效深度为，在深度z处厚，的求解是通过设定压板以下介质m0的动能T0等于其薄片动能的一个无穷深度Z的积分而求得的，即，即可建立压板下堆石体密度解析式为： (4-1)式中、m0、h0、A，依次为测点密度、参振质量、等效深度、压板面积。对于质弹模型md2xdt=-kx，密度计算公式如下，即率定系数法。 (4-2)式中：N为率定系数，为波长，VP为介质纵波速度，f0为附加质量为零时介质的有效频率。对于质弹阻模型md2xdt=-kx-cx2，经推导得到密度公式为： (4-3)式中：G、r为基底介质的剪切模量、泊松比、基底（底板）半径，c为阻尼系数。 密度求取方法质弹模型求取堆石体密度的方法是率定系数法，早期采用该方法。率定系数法需要大量的对比测点才能建立完整的率定系数矩阵，由于坝料的复杂性和施工参数的多样性，这种率定的方法往往会导致率定系数之间产生冲突，反算求取附加质量法测试的密度值只能通过点对点的对应关系。但堆石体采用质弹阻模型更接近实际，中期采用了相关法求取堆石体密度。该方法通过回归分析可以建立参振质量m0与参振体积V0之间的相关方程，再通过建立的相关方程求取测点的密度值。该方法也需要大量的对比测点对各种不同岩性坝料、不同级配建立对应关系，反算求取附加质量法测试的密度值只能通过线对线的对应关系，建立方程的数据是固定的，无法实现数据的动态化和可扩展性。随着研究技术的发展，后期发明了数字量板法,获得了发明专利，如图4-3所示。数字量板是新发明的一种求取堆石体密度的方法。该方法是以相关法为基础，建立为数不多的几种坝料附加质量法测试参数的物理模型，然后逐步扩展和修正该物理模型。该方法克服了相关法只能通过线对线的对应关系，实现了面对面的对应关系，建立模型的数据是可扩充的，实现数据的动态化，修正结果是不断收敛的；方法成果具有可移植性或适用性，可将成果推广到其他工程中应用。图4-3 数字量板示例4.2 主要仪器设备附加质量法测试仪器设备主要有CJWC（MS07）附加质量法密度仪。CJWC（MS07）附加质量法密度仪具有性能稳定、操作简便、频率分辨率高等优点，可以对信号进行实时频谱分析或数字带通滤波处理，采用信号频谱细化方法技术可以提高信号频率读值精读，根据实测信号频谱应用附加质量法计算动刚度K、参振质量m0、应用信号相关分析技术并根据物性参数（K、m0、Vp、Vs）求取堆石体密度。拟投入的设施、设备及仪器见表4-1。表4-1 拟投入设备、设施及仪器清单序号名称规格型号单位数量提供时间备注1密度检测仪CJWC-MS07台12018.07国产2质量块75Kg块62018.07加工3拾振器38Hz、60Hz个62018.07国产4激振锤45Kg个22018.07加工5台式微机联想台22018.07国产6彩色打印机惠普台12018.07国产7密度检测仪采集分析软件套22018.07自主开发4.3 质量保证措施4.3.1 仪器的检验标定按合同要求准备相关的检测设备，并对相关仪器进行了检查和校核，使仪器工作状况正常。4.3.2 现场检验工作 仪器操作人员按照仪器使用说明进行操作，开机前检查电源及电缆连接线，确保无误后方可开机。 检测点附近场地要求平整，不能高低不平、凹凸不平。 附加质量法正式测试时（大约10分钟），周边20m范围内应暂停碾压（通常与碾压避开），以防测试到干扰信号，影响检测效果。5. 碾压试验场地及测点布置5.1 试验场地试验场地分为过渡料第一场、过渡料第二场、过渡料复核场，每个试验场地分为若干试验单元，每个试验单元的尺寸为6m15m，碾压试验场地布置如图5-1图5-3所示。图5-1 过渡料第一场碾压试验场地布置图图5-2 过渡料第二场碾压试验场地布置图图5-3 过渡料复核场碾压试验场地布置图5.2 测点布置每个试验单元由现场监理工程师布置3-5个测点，坑测点部位与附加质量法测点保持一致。6. 检测技术要求（1） 附加质量法测试应选择适宜的观测系统，测试时附加质量 mi 应多于5级，每级自振频率fi 的变化宜大于1Hz，附加质量法观测系统如图6-1； 图6-1 附加质量法观测系统（2） 质量块为6块，每块直径50cm,每块重量75KG；（3） 质量块放置在测点范围内，并铺2cm左右砂耦合；（4） 重锤选用45kg左右为宜，也可根据实际检测情况，选择其它适当重量的重锤，但要求满足锤击测试信号频谱图主频清晰、频差一致性好；（5）附加质量宜选用6级，如果最后一级的附加质量较轻时，可只测试前5级的数据；（6）锤击距离以重锤中心点距离质量块边缘25cm为宜，也可通过不同距离的锤击点对比频谱曲线峰值的一致性和m曲线的一致性，确定最为合适的锤击距离；（7）锤击高度以重锤底部距离测点地面高度40cm为宜，也可通过不同锤击高度的对比频谱曲线峰值的一致性和m曲线的一致性，确定最合适的锤击高度；（8）测试完的质量板或质量块宜放置在距离承压板或质量板边缘100cm以外；（9）选择使用的拾振器为38Hz、60Hz的速度型检波器。7. 试验成果7.1 数字量板建立数字量板依据一定数量的坑测法与附加质量法的同点对比实验，建立过渡料的附加质量法测试参数（动刚度K,参振质量M0）与坑测法湿密度与含水率的二维相关关系,从而计算得出参振体积，求取堆石体密度。过渡料为进厂交通洞爆破料、上游A区爆破料，依据以上方法，建立过渡料数字量板,如图7-1所示。K-2图7-1 句容过渡料数字量板数字量板建立后，利用现场测试获取的动刚度K和参振质量M0，量取参振体积，从而计算得出湿密度，利用插值计算得出的含水率，再计算出参振体的干密度。7.2 过渡料成果分析在过渡料碾压阶段，共进行了3场的碾压试验；在复核阶段，共进行了1场的碾压试验。通过建立过渡料的数字量板后再求取各测点的密度值，检测成果见表7-1，与坑测法的对比情况见表7-2。12表7-1 上水库过渡料附加质量法试验成果场地料源测点号码施工参数附加质量法平均干密度(g/cm3)测试时间层厚(cm)碾压遍数碾车（T）洒水量(%)动刚度K(KN/m)参振质量M0(kg)湿密度(g/cm3)含水率(%)干密度(g/cm3)第一场洞挖爆破料5-40-8-1408265130.83792.332.32.292.282018.09.165-40-8-2408265200.26822.342.62.282018.09.165-40-8-34082651074002.312.22.272018.09.1610-40-874512.292.12.242.222018.09.1610-40-8-24082610132.34332.261.72.232018.09.1610-40-8-34082610167.25742.232.42.22018.09.1615-40-846372.282.32.252.282018.09.1615-40-8-24082615179.78262.352.32.32018.09.1615-40-8-34082615106.24022.352.12.292018.09.16第二场洞挖爆破料10-40-6-1406261099.13192.282.12.242.252018.09.2110-40-6-24062610141.65112.321.92.272018.09.2110-40-6-34062610157.26172.322.252018.09.2110-40-826012.381.52.352.332018.09.2110-40-8-24082610136.84572.371.92.332018.09.2110-40-8-34082610144.34822.361.52.322018.09.2110-40-10-1401026101936272.341.82.32.312018.09.2110-40-10-240102610126.74442.342.42.312018.09.2110-40-10-340102610151.74472.372.32.332018.09.21第三场上库A区爆破料10-40-684632.272.82.252.25 2018.10.0110-40-6-20-24062010133.55432.262.22.252018.10.0110-40-6-20-340620101063392.291.92.262018.10.0110-40-6-20-44062010126.44682.2822.242018.10.0110-40-6-20-54062010143.24852.271.92.242018.10.01表7-1（续1） 上水库过渡料附加质量法试验成果场地料源测点号码施工参数附加质量法平均干密度(g/cm3)测试时间层厚(cm)碾压遍数碾车（T）洒水量(%)动刚度K(KN/m)参振质量M0(kg)湿密度(g/cm3)含水率(%)干密度(g/cm3)第三场上库A区爆破料10-40-614642.2822.252.282018.10.0110-40-6-26-240626101063692.321.92.282018.10.0110-40-6-26-340626101896892.351.42.32018.10.0110-40-6-26-44062610952832.311.82.282018.10.0110-40-6-26-54062610165.66292.321.92.312018.10.0110-40-816282.352.12.262.262018.10.0110-40-8-20-24082010117.83242.292.42.242018.10.0110-40-8-20-34082010103.73102.311.42.282018.10.0110-40-8-20-440820101103472.31.82.272018.10.0110-40-8-20-54082010142.96082.31.92.272018.10.0110-40-883242.351.82.312.292018.10.0110-40-8-26-24082610127.13552.312.72.252018.10.0110-40-8-26-34082610110.93522.362.42.332018.10.0110-40-8-26-44082610118.63212.292.42.272018.10.0110-40-8-26-540826101223452.352.32.32018.10.0110-40-8-H-1408液压夯101063392.291.92.262.252018.10.0110-40-8-H-2408液压夯10138.34032.333.72.252018.10.0110-40-8-H-3408液压夯10143.24852.271.92.242018.10.01复核场洞挖爆破料10-40-814152.382.52.332.352018.09.2410-40-8-24082610131.35342.422.42.352018.09.2410-40-8-34082610127.25012.382.42.342018.09.2410-40-8-44082610152.86212.382.32.342018.09.2410-40-8-54082610150.85752.452.62.392018.09.24表7-2 上水库过渡料附加质量法与坑测法对比情况料源测点号码施工参数附加质量法灌水法评价测试时间层厚(cm)碾压遍数碾车（T）洒水量(%)动刚度K(KN/m)参振质量M0(kg)湿密度(g/cm3)含水率(%)干密度(g/cm3)湿密度(g/cm3)含水率(%)干密度(g/cm3)误差相对误差%洞挖爆破料5-40-8-1408265130.83792.332.32.292.362.32.31 0.02 0.87 2018.09.165-40-8-2408265200.26822.342.62.282.382.52.32 0.04 1.72 2018.09.165-40-8-34082651074002.312.22.272.322.42.27 0.00 0.00 2018.09.1610-40-874512.292.12.242.3122.26 0.02 0.88 2018.09.1610-40-8-24082610132.34332.261.72.232.291.92.25 0.02 0.89 2018.09.1610-40-8-34082610167.25742.232.42.22.272.62.21 0.01 0.45 2018.09.1615-40-846372.282.32.252.322.32.27 0.02 0.88 2018.09.1615-40-8-24082615179.78262.352.32.32.42.12.35 0.05 2.13 2018.09.1615-40-8-34082615106.24022.352.12.292.372.32.32 0.03 1.29 2018.09.1610-40-6-1406261099.13192.282.12.242.3122.26 0.02 0.88 2018.09.2110-40-6-24062610141.65112.321.92.272.311.72.27 0.00 0.00 2018.09.2110-40-6-34062610157.26172.322.252.341.72.30 0.05 2.17 2018.09.2110-40-826012.381.52.352.361.42.33 0.02 0.86 2018.09.2110-40-8-24082610136.84572.371.92.332.422.12.37 0.04 1.69 2018.09.2110-40-8-34082610144.34822.361.52.322.341.32.31 0.01 0.43 2018.09.21表7-2（续1） 上水库过渡料附加质量法与坑测法对比情况料源测点号码施工参数附加质量法灌水法评价测试时间层厚(cm)碾压遍数碾车（T）洒水量(%)动刚度K(KN/m)参振质量M0(kg)湿密度(g/cm3)含水率(%)干密度(g/cm3)湿密度(g/cm3)含水率(%)干密度(g/cm3)误差相对误差%洞挖爆破料10-40-10-1401026101936272.341.82.32.422.12.370.072.952018.09.2110-40-10-240102610126.74442.342.42.312.432.62.370.062.532018.09.2110-40-10-340102610151.74472.372.32.332.422.32.370.041.692018.09.2110-40-684632.272.82.252.271.42.240.010.512018.10.01上库A区爆破料10-40-6-20-24062010133.55432.262.22.252.292.22.240.010.412018.10.0110-40-6-20-340620101063392.291.92.262.2822.240.021.112018.10.0110-40-6-20-44062010126.44682.2822.242.31.92.260.020.762018.10.0110-40-6-20-54062010143.24852.271.92.242.281.82.2400.012018.10.0110-40-614642.2822.252.281.82.240.010.462018.10.0110-40-6-26-240626101063692.321.92.282.331.82.290.010.382018.10.0110-40-6-26-340626101896892.351.42.32.361.52.330.031.082018.10.0110-40-6-26-44062610952832.311.82.282.321.92.2800.142018.10.0110-40-6-26-54062610165.66292.321.92.312.351.72.3100.032018.10.0110-40-816282.352.12.262.322.32.270.010.352018.10.0110-40-8-20-24082010117.83242.292.42.242.311.72.270.031.382018.10.0110-40-8-20-34082010103.73102.311.42.282.332.22.2800.012018.10.0110-40-8-20-440820101103472.31.82.272.321.92.280.010.32018.10.0110-40-8-20-54082010142.96082.31.92.272.331.72.290.020.922018.10.01表7-2（续2） 上水库过渡料附加质量法与坑测法对比情况料源测点号码施工参数附加质量法灌水法评价测试时间层厚(cm)碾压遍数碾车（T）洒水量(%)动刚度K(KN/m)参振质量M0(kg)湿密度(g/cm3)含水率(%)干密度(g/cm3)湿密度(g/cm3)含水率(%)干密度(g/cm3)误差相对误差%上库A区爆破料10-40-883242.351.82.312.371.62.330.020.972018.10.0110-40-8-26-24082610127.13552.312.72.252.321.72.280.031.372018.10.0110-40-8-26-34082610110.93522.362.42.332.3922.340.010.562018.10.0110-40-8-26-44082610118.63212.292.42.272.341.82.30.031.252018.10.0110-40-8-26-540826101223452.352.32.32.361.82.320.020.792018.10.0110-40-8-H-1408液压夯101063392.291.92.262.2822.240.021.112018.10.0110-40-8-H-2408液压夯10138.34032.333.72.252.271.72.230.020.82018.10.0110-40-8-H-3408液压夯10143.24852.271.92.242.281.72.2400.082018.10.01洞挖爆破料10-40-814152.382.52.332.42.52.340.010.862018.09.2410-40-8-24082610131.35342.422.42.352.42.52.340.010.432018.09.2410-40-8-34082610127.25012.382.42.342.372.32.320.020.862018.09.2410-40-8-44082610152.86212.382.32.342.432.42.370.031.272018.09.2410-40-8-54082610150.85752.452.62.392.462.72.40.010.422018.09.24平均相对误差（%）0.89 27过渡料碾压阶段附加质量法测试结果与坑测结果对比分析可知，测试密度平均绝对误差为0.02g/cm3，测试密度平均相对误差为0.90%，测试密度相对误差大于5%的有0个点。计算结果共有41个测点，其中相对误差小于1%的有27个测点，占比65.85%，相对误差在1%2%的有10个测点，占比24.39%，相对误差在2%3%的有4个测点，占比9.76%，相对误差在3%4%的有0个测点，相对误差在4%5%的有0个测点，相对误差大于5%的有0个测点。在复核阶段，计算结果对比分析可知，测试密度平均绝对误差为0.016g/cm3，测试密度平均相对误差为0.768%，测试密度相对误差大于5%的有0个点。共有5个测点，其中相对误差小于1%的有4个测点，占比75.0%，相对误差在1%2%的有1个测点，占比25.0%，相对误差在2%3%的有0个测点，相对误差在3%4%的有0个测点，相对误差在4%5%的有0个测点，相对误差大于5%的有0个测点。过渡料相对误差范围分布图表见表6-1，相对误差范围占比分布表见表6-2。表7-3 过渡料相对误差范围分布表相对误差范围5%合计碾压场计算测点数(个)271040 0 0 41百分比65.8524.399.760.0 0.0 0.0100.0 复核场计算测点数(个)4 1 0 0 005 百分比75.025.00.00.0 0.0 0.0 100.0 表7-4 过渡料相对误差范围占比分布表相对误差序号123456范围1%2%3%4%5%碾压场计算测点数(个)27373741410百分比65.8590.2490.24100.00100.000复核场计算测点数(个)455550百分比7510010010010007.3 碾压遍数与干密度关系分析过渡料为进厂交通洞爆破料、上游A区爆破料，铺料厚度为40cm，碾压遍数分别为6、8、10，碾压设备为20振动碾、26振