胶凝砂砾石材料力学特性、耐久性及坝型综述.pdf

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1、第38卷第7期人民黄河Vol.38,Wo.72016年7月YELLOWRIVERJul.,2016【工程勘测设计】胶凝砂砾石材料力学特性、耐久性及坝型综述孙明权U，杨世锋U，田青青U(1.华北水利水电大学，河南郑州450045;2.水资源高效利用与保障工程河南省协同创新中心，河南郑州450045)摘要：总结了肢凝砂砾石材料力学特性、肢凝砂砾石坝数值分析方法、坝体基本剖面设计原则，以及其在温度变化及冻融影响下的耐久性等，介绍了肢凝砂砾石材料本构模型研究、力学模型试验及坝体剖面设计研究主要成果。肢凝砂砾石材料受肢凝材料用量、含砂率、水肢比、骨料级配、围压及龄期等多种因素影响，国内

2、外学者通过单轴或三轴试验取得的成果缺少系统性和相关性。只有在考虑各种影响因素的情况下，通过全面系统的拉、压试验和三轴剪切试验，才能真正了解肢凝砂砾石材料的力学特性及强度变化规律。关键词：肢凝砂砾石；力学性能；本构模型；耐久性；综述中图分类号：TV43文献标志码：Adoi:10.3969/j.issn.1000-1379.2016.07.020胶凝砂砾石坝是介于碾压混凝土坝与堆石坝之间外一些学者对胶凝砂砾石材料进行了很多单轴或三轴的一种新坝型，具有经济、安全、施工方便、低碳、环境试验，研究其力学特性，但鉴于胶凝砂砾石材料受胶凝友好等优点。胶凝砂砾石坝在国外己建成十几座，分材料用

3、量、含砂率、水胶比、骨料级配、围压及龄期等多布在美国、日本、希腊、多米尼加、菲律宾、土耳其等国。种因素影响，现有成果缺少系统性和相关性。只有在中国已建工程主要以围堰为主,第一座永久性胶凝砂考虑各种影响因素的情况下，通过全面系统的拉、压试砾石坝一山西守口堡坝目前正在建设中。验和三轴剪切试验，才能真正了解胶凝砂砾石材料的自20世纪90年代起，国内一些专家学者陆续开力学特性及强度变化规律。课题组通过大量的常规抗展了胶凝砂砾石坝的研究工作,对胶凝砂砾石材料特拉、抗压试验和三轴剪切试验，做了以下研究。性、本构模型、耐久性、结构分析、模型试验、剖面设计、1.1胶凝砂砾石材料强度研究施工工

4、艺等方面进行了大量探索，并取得了一些有益(1)研究含砂率对材料抗压、抗拉及三轴剪切强的成果[1]。但胶凝砂砾石坝发展历时较短，相关研究度的影响。选取天然河道常见含砂率范围进行试验,和应用仍处于起步阶段,在理论研究及建设经验等方得到了不同含砂率下材料强度变化规律。研究表明：面尚无法与碾压混凝土坝和堆石坝相比，仍需要深入工程常用配合比范围中，存在“最优含砂率”，最优含的研究。砂率值为20%左右，此时各个配合比情况下的胶凝砂基于水利部公益性行业科研专项经费项目，华北砾石材料28d立方体试件抗压强度最高。(2)研究水泥用量对材料抗压、抗拉及三轴剪切水利水电大学“胶凝砂砾石材料力学特性

5、、耐久性及坝型研究”课题组（以下简称课题组）以天然河道的砂强度的影响。水泥作为胶凝材料，对材料强度起着重砾石作为骨料,通过不同配合比设计，选取不同颗粒级要作用，通过试验,得到不同水泥含量下材料强度区间配、水泥含量、粉煤灰掺量、含砂率、水胶比、龄期、试件范围。研究表明:水泥用量与抗压强度成正比，水泥用量每增加10kg/m3,材料28d立方体试件抗压强度可尺寸等进行大量的常规抗拉、抗压试验和三轴剪切试提高15%~20%。验，对胶凝砂砾石材料力学特性、胶凝砂砾石坝数值分(3)研究水胶比对材料抗压、抗拉及三轴剪切强析方法、坝体基本剖面设计原则，以及其在温度变化、度的影响。在“人为，可

6、改变”的影响因素中，寻求“最冻融影响下的耐久性等进行了研究。本文主要对课题组的研究成果及其与国内外相关研究成果的对比进行优水胶比”。研究表明：各种配合比下，均存在最优水胶比，工程常见含砂率0.1〜0.4对应最优水胶比为了介绍和总结。收稿日期=201604151胶凝砂砾石材料力学特性基金项目：水利部公益性行业科研专项（201301025)。作者简介：孙明权（1955—)，男，河北涿鹿人，教授，研究方向胶凝砂砾石材料的力学特性是坝体结构设计与分为水工结构、坝工建设及肢凝砂砾石坝。E-mail：sunmingquan@ncwu.edu.cn析的基础，目前研究手段以室内试验为主。尽管

7、国内•83•人民黄河2016年第7期1.0~1.4,含砂率高时，对应最优水胶比取上限,反之取角）增大，拟合了材料28d立方体试件抗压强度与同下限。一配合比下凝聚力及内摩擦角的曲线函数，建立了三(4)研究粉煤灰对材料抗压、抗拉及三轴剪切强轴试验与单轴试验力学指标之间的对应关系。度的影响。粉煤灰作为胶凝砂砾石材料最主要的外加1.3力学指标体系的建立剂,在一定条件下亦是胶凝材料，通过试验，明确粉煤通过大量的单轴和三轴试验，得到胶凝砂砾石材灰对提高材料强度的影响规律，同时寻求粉煤灰的最料的抗拉、抗压、抗剪等强度