乌拉哈达水库工程筑坝材料的抗剪强度指标及邓肯模型参数分析 摘要：拟建的乌拉哈达水库工程地处张家口市崇礼县境内，工程兴建可提高张家口市防洪能力、解决城市供水问题，为当地的经济发展提供保障。根据规程要求，需要对产地的填筑料进行三轴压缩试验（CD），以测定坝壳填筑料的总应力抗剪强度参数。本文对试验过程及试验成果进行了梳理、分析。 关键词：水库工程；砂砾石；抗剪强度指标 1引言 清水河是永定河水系洋河干流的一条主要支流，全长122km，在张家口市上游分东沟、正沟和西沟三条支流。拟建的乌拉哈达水库工程地处张家口市崇礼县境内，分为东、西两库，西库位于清水河上游西沟支流上，在啕北营村东北，距离张家口市约11km，最大坝高46.0m。东库位于清水河上游东沟支流上，在南地村东南，距离张家口市约16km，最大坝高60.9m。此项工程兴建，不仅可提高张家口市的防洪、调蓄洪水、削减洪峰的能力，而且可解决市区供水问题，为当地的经济发展提供保障。 根据设计方案西库需要坝壳填筑料253万m3，填筑料选自西沟的四杆旗料场、西沟料场，两个料场储量能满足西库设计方案用量。东库需要坝壳填筑料333万m3，填筑料选自东沟的新营子料场、南地料场，两个料场储量能满足东库设计方案用量。根据规程要求，需要对产地的填筑料进行三轴压缩试验，测定坝壳填筑料的总应力抗剪强度参数。 2试验过程 试验用料为东、西两库四个料场采取的砂砾石料，三轴压缩试验采用的级配曲线为四个料场全部坑探点筛分试验的汇总统计数据，具有一定的代表性。由于试验仪器尺寸限制，试验材料最大允许粒径为60mm，采用等量替代法对原级配进行同比缩径，小于5mm的颗粒含量不变进行缩径，缩径后试验级配见表1。 试样制备密度的确定：通过相对密度试验测定砂砾料的最大、最小干密度。最大干密度采用表面振动法测定，最小干密度采用倾注松填法测定。三轴压缩试验的干密度按相对密度0.75进行控制，见表1。 表1 试验级配及控制干密度 通过固结排水（CD）三轴压缩试验获得砂砾石在不同围压下的应力变形特性，确定抗剪强度指标、邓肯模型参数。 3试验仪器与方法 本次三轴压缩试验采用的仪器为SJ-70大型高压三轴仪，轴向最大力为250T，最大周围压力为7.0MPa。根据筑坝材料颗粒性质、设计方案及试验仪器确定试样直径为300mm，试样高度为700mm，试验方法采用饱和固结排水剪（CD）。 剪切试样分五层制备。制样方法采用振捣法，振动器底板静压为14kPa，振动频率为40Hz，根据试样要求的试样干密度控制振动时间。试样颗粒性质为无粘性粗颗粒土，透水性较大，试样饱和采用抽气饱和法。根据西库拦河坝设计最大坝高46.0m，东库拦河坝设计最大坝高60.9m，依据坝高确定本次试验的周围压力分别为0.4MPa、0.8 MPa、1.0 MPa、1.2 MPa。根据试验方法及试样颗粒性质确定试验剪切应变速率为1mm/min。试验级配及控制干密度按表1进行控制。 4试验成果分析 乌拉哈达水库工程所选四个料场均属于粗粒土，cd值由颗粒嵌入、咬合提供，其并不为0，以往计算c=0是不合理的，在工程计算中应当适当取值。在比较大的应力范围内，筑坝材料的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，则呈向下弯曲的曲线。因此，又提出非线性参数。即每一个摩尔圆均通过原点，得出Φi值。σ3下的Φ值，强度指标见表2： 表2 砂砾料的强度指标 在坝体有限元静力分析中，采用邓肯E-B、E-μ模型，从试验成果来看：砂砾料的饱和固结排水剪的应力应变关系为应变硬化型，曲线形状近似双曲线。体变有轻微剪胀现象，应力应变分析计算采用邓肯模型是合适的。邓肯模型参数见表3： 表3 邓肯模型参数 在试验条件下，XYZBKL1的K值为500，n值为0.318；XYZBKL2的K值为560，n值为0.338；NDBKL1的K值为660，n值为0.293；SGQBKL1的K值为560，n值为0.318；XGBKL1的K值为630，n值为0.312；XGBKL2的K值为600，n值为0.327。 5结语： 1通过本次试验，获得了砂砾石在不同围压下的应力变形特性，确定了抗剪强度指标、邓肯模型参数。 2 无粘性粗颗粒土的c值由颗粒嵌入、咬合提供，其并不为0，以往计算c=0是不合理的，在工程计算中应当适当考虑取值。 3本次试验组数较少，获得的数据有其局限性。 参考文献： [1]《土工试验规程》SL 237-1999. [2]《水利水电天然建筑材料勘察规程》SL 251-2015. [3]《水利水电工程地质勘察规范》GB 50487-2008. [4]《水利水电工程坑探规程》SL 166-2010. 本文来源：https://www.wddqw.com/doc/9da1c1f2baf3f90f76c66137ee06eff9aef84999.html