浆砌石坝砌石体种类的相容性分析

浆砌石坝砌石体种类的相容性分析

1按块石石体种类划分的ws根据sl25-91的设计规范，石材桩分为三类：碎屑、块石和粗料石，并在表5.2.5-1中显示不同类型石材的允许压力值。设计师根据不同的允许压力损失分析水库的底板，以确保水库的安全、经济和合理。但在实际工作中,往往碰到筑坝石料在开采过程后并非完全毛石,一部分石料未经加工已具备块石形状,有的石料上下面有一定起伏但大致平整,无尖角,块厚大于15cm,近似块石形状或已经是方方正正的块石,并在数量上占有一定的比例,为将这些石料筑坝,按毛石砌石体种类划分,砌石体的容许压应力同毛石砌石体种类,无形中提高了工程造价,很不经济合理,如按块石砌石体种类选取容许压应力,恐大坝不安全可靠。为了使大坝经济合理、安全可靠,设计工作者迫切希望提供介于毛石和块石之间的砌石体的容许压应力值。2结构模型试验验证砌石体是由相对强度相差较大的石料和胶凝材料砌筑而成的多相复合体,并受多种施工因素影响,非均值程度大。应该说砌石坝坝身的应力分布要比混凝土坝复杂。但规范编制说明第5.2.1条介绍了原水利电力部大坝观测资料及四川长沙坝浆砌条石拱坝原型观测成果与广西板峡砌石坝施工期原型观测成果分析,都认为砌石坝的应力分布符合混凝土坝应力分布的一般规律。规范5.2.2条明确了一般砌石坝的应力分析宜以拱梁分载法计算成果作为衡量强度安全的标准,只是对2级或情况比较复杂的浆砌石拱坝除用拱梁分载法计算外,必要时应用有限元验算或作结构模型试验加以验证。第5.2.5条规定拱梁分载法计算时的坝体应力控制指标应符合浆砌石体容许压应力的安全系数,对于基本荷载组合采用3.5;对于特殊荷载组合采用3.0。当无试验资料时可参考规范表5.2.5-1值选用,此表所列浆砌石坝的容许压应力σp来源于下式:σp=1.25fcc÷K(1)式中:fcc——浆砌石体轴心极限抗压强度,MPa,可从规范附表1.2中查得;K——安全系数;1.25——轴心受压换算为弯曲受压系数。安全系数K的取值基本荷载组合为3.5,特殊荷载组合为3.0。对照规范表5.2.5-1所列容许压应力值,有关专家曾对36个工程实际数据进行复核,其中小桥等18个工程砌石拱坝计算压应力均小于规范的容许值。流清河等18个工程砌石拱坝计算最大压应力接近或超过规范容许值。但这些工程均运行多年,并未出现问题。经研究认为除采用合理的温度荷载公式外,主要原因是已建工程的计算最大压应力偏低,未能充分发挥砌石体抗压强度高的优势。70年代中期以来,研究工作者开展了对砌石体力学性能的试验研究工作,取得了一批很有价值的科研成果,规范附录——浆砌石体主要力学指标就是其中之一。前述公式(1)表明砌石体容许压应力值主要由砌石体抗压强度来决定。故正确的选取砌石体的抗压强度指标是非常重要的。3抗压强度分析结果砌石体的轴心抗压强度是试体在无侧限条件下受轴向力作用破坏时单位面积所承受的荷载。70年代以来,进行了不同尺寸、不同石料、不同胶凝材料及不同强度等级的砌石体的抗压强度(变形)试验,获得了一批很有价值的成果,经分析整理成《浆砌石坝设计规范》(SL25-91)附表1.1～1.2。对上述规范附表1.1、1.2结合收集到近年的砌石体的轴心抗压强度试验资料进行整理分析。已有砌石体抗压强度试验成果表明,在砌石体龄期,砌筑工艺,胶凝材料(包括强度等级),石料强度等级相同的情况下,所测得的抗压强度仍有一定的差别,我们认为与石料形状有关。将砌石体所用石料的形状,尺寸归类,就会发现部分试体所用石料少部分为块石,大部分为毛石,或大部分为块石,少部分为毛石,故试验结果不同。经统计整理,将所获得的不同毛石(块石)含量的砌石体抗压强度、变形(弹性)模量与块石砌石体抗压强度之比值列于表1,并将不同比值进行拟合成一直线(见图1),其直线方程如下:方程式2式可计算出毛石所占不同比例的抗压强度比值,而后计算出该砌石体的抗压强度值。经验算该方程合理,根据目前设计和施工中遇到的实际情况,我们计算出毛石占70%(块石占30%)和毛石占30%(块石占70%)两档砌石体种类的抗压强度值见表2。将表中石料强度等级与砌石体抗压强度值拟合绘制它们的关系曲线图,建立了2次方程式,部分曲线图见图2。相对应的方程式如下:根据所获得关系曲线和方程对规范附表1.2进行了复核,并对表中有误的数据进行了更正,成果见表2。4砌石体一般特征特性和产品尺寸差异砌石体的容许压应力是关系到大坝安全稳定、经济合理的一项重要的设计参数。砌石体的容许压应力是根据砌石体轴心抗压强度指标经公式(1)计算得来。当确定了砌石体的抗压强度指标后即可计算出砌石体容许压应力。根据表2计算出不同石料强度等级、不同胶凝材料(强度等级)和不同砌石体种类的砌石体的容许压应力,见表3。根据2003年启动的该规范修订大纲要求,增加了靠近毛石或毛石占70%(块石占30%)和靠近块石或块石占70%(毛石占30%)两档砌石体种类的容许压应力值。同时将所获得的成果拟合绘制关系曲线图,建立了2次方程式,部分成果见图3,其相对应的方程式为:上述方程式是胶凝材料为混凝土C15的成果,其他胶凝材料的砌石体基本吻合,可参考使用。5变形模量的选择砌石体变形(弹性)模量是水工建筑物设计中的一项重要力学指标。《砌石坝设计规范》修订大纲增加了靠近毛石或靠近块石两档砌石体的抗压强度,为了配套,同时相应的增加了上述两档的变形(弹性)模量。由于砌石体是由多种材料构成的复合体,非均值性程度大,具有分层异弹模(变模)的特点,所以给变形(弹性)模量的选择带来一定的难度。通过已有的试验资料结合原《浆砌石坝设计规范》(SL25-91)规范附表1.1经整理分析,修正,提出了砌石体变形模量和弹性模量成果表4。对表中成果进行拟合,获得关系曲线如图4所示。相对应的2次方程式为:毛石砌石体Ee=0.48+0.18x-6.48×10-4x2(13)毛石占70%砌石体Ee=-2.15×10-2+0.196x-5.36×10-4x2(14)毛石占30%砌石体Ee=0.52+0.17x-1.13×10-5x2(15)块石砌石体Ee=0.51+0.17x+2.57×10-4x2(16)粗料石的变形(弹性)模量差异较大,没有更多新的资料,故未作变动。表中成果与实测成果有不同程度的误差,主要原因是试验的边界条件,试验方法,测试技术等尚存在一些不够完善的方面,又由于试验成果偏少有待今后补充。6充填材料为混凝土的减水剂的参数取值(1)对于毛石(块石)不同含量的砌石体抗压强度、容许压应力、变形模量、弹性模量可查阅成果表或绘制关系曲线图查找,也可用方程进行计算求得,无疑解决了设计工作者取值的方便和合理取值的问题。(2)表2和表4备注中均提出了胶凝材料为混凝土的毛石砌石体采用机械振捣和直接砌筑法时,fcc和Eo、Ee值可分别提高5%～10%和15%左右,这是通过已有试验资料确定的,相应的毛石砌石体容许压应力也可相应提高。对于其他