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水利工程填土压实度计算中填筑土料的最大干密度取值方法探讨

更新时间:2009-03-28

1 概述

在水利工程中填土压实度是土堤(坝)设计的重要指标,是评定填筑质量的一个关键参数,在工程施工过程中填土压实度要随时跟踪检测,达到设计压实度后方能进行下一步施工,以保证填土质量及工程的安全。因此,准确地进行压实度相关试验是保证填土质量的重要环节。

填土压实度是填土实测干密度与该填筑土料的最大干密度的比值,公式如下:

 

式中:P为填土压实度;ρ为填土实测干密度(g/cm3);ρdmax为填筑土料的最大干密度(g/cm3)。

实际上,毛毡材料也可以与其他不同的材料组合。材料作为艺术家们传达概念的载体,与生俱来的背负了这一重任。也只有最相得益彰的两种材料的结合才能符合艺术家的高要求,准确的表达艺术家的感情及概念。

填土实测干密度是通过现场填土密度检测及该填土含水率检测计算而得。公式如下:

 

在《土工试验规程》SL237—1999[1]中对于粒径大于5 mm的颗粒含量小于30%提供了最大干密度的校正公式,该公式与《土工试验方法标准》GB/T 50 123—1 999[2]中最大干密度校正公式一致,所不同的是式中GS2的取值,GS2在《土工试验规程》SL237—1999[1]中为粒径大于5 mm颗粒的干比重。《土工试验方法标准》GB/T 50123—1999[2]中为粒径大于5 mm颗粒的饱和面干比重。规程或标准中最大干密度的校正是基于粒径大于5 mm的颗粒含量不大(<30%),大颗粒土间的空隙被细粒土充填,击实前后大颗粒土的体积并没有改变。因此,本人认为GS2取饱和面干比重比较合理。

多维尺度分析是基于数据空间距离来探索观察量的内在结构,以二维(三维)空间居多,将观察量以点分布的形式描述其在空间所处位置。不同观察量所呈现点的位置的空间距离远近代表了其相似性的高低。相似度越高的关键词越易聚拢形成学科热点。同时,越靠拢中心位置的关键词表明其中介中心性越强,与其相联系的关键词越多,其越处于所在研究的核心位置;反之则越少,越处于边缘。以22个高频关键词所构建的相异系数矩阵导至SPSS 21.0进行多维尺度分析(结果如图4),设置标准Z分数,拟合参数值如下:Stress=0.24,RSQ=0.63。说明高频词间拟合度有待提升。

水利工程土堤(坝)等多采用轻型击实试验。但在选择击实试验方法时首先要了解工程特性和设计要求,在设计文件上没有注明的情况下,一般采用轻型击实试验。设计文件上有要求的,根据设计要求选择轻型击实或重型击实试验,在击实试验方法确定的情况下,再按土料颗粒组成选择常规击实试验还是粗颗粒土击实试验。由于常规击实试验操作简单、效率高、试验费用低,而粗颗粒土击实试验由于击实筒大,击实锤重、操作复杂、费时费力、效率低、试验费用高,当土料粒径满足常规击实试验要求时尽量选择常规击实试验。轻型击实试验:粒径大于5 mm的颗粒含量小于30%时选用常规轻型击实试验;粒径大于5 mm的颗粒含量大于等于30%时,选用粗颗粒土轻型击实试验;重型击实试验:最大颗粒粒径小于等于20 mm时选用常规重型击实试验,最大颗粒粒径大于20 mm时,则选用粗颗粒土重型击实试验。

由上述两个计算公式可见,填土压实度与填土实测密度、填土含水率、填筑土料的最大干密度3个参数有关。填土实测密度根据填土颗粒组成,选择环刀法、灌砂法、灌水法、核子射线法等方法检测,填土含水率根据填土的性质及检测场所,选择烘干法、酒精燃烧法、比重法等检测,这些检测方法在《土工试验规程》SL237—1999[1]中都有详细的检测要求和操作规定,检测人员必须严格按规程进行检测。因此,准确确定填筑土料的最大干密度在压实度计算中尤为重要。土的最大干密度是通过室内击实试验来确定。本文对填筑土料的最大干密度取值存在的问题进行分析总结,提出了相应的解决方法,并以工程实例验证,供参考。

大脑、肝脏、心脏等三种器官是动物体内中枢器官和最重要的物质代谢器官,同时肝脏又是合成GSH的重要器官,在机体衰老过程中,大脑、肝脏、心脏中的GSH含量均出现显著的下降趋势,因此通过检测这三种器官中GCL和GSH含量可以反映机体抗氧化反应和清除自由基能力。白藜芦醇属于非黄酮类多酚化合物,是葡萄、桑葚、虎杖等许多种植物在遇到不利环境时自然产生的一种植物抗毒素,研究发现,白藜芦醇能够延长机体的平均存活时间,延长正常的生命周期[9]。

2 填筑土料的最大干密度取值存在的问题

2.1 击实试验击实功能取值问题

击实试验的目的是测定试样在一定标准击实功能下含水率与干密度间的关系,从而确定该试样的最大干密度和最优含水率。目前大多数水利工程质量检测单位配备的是整套具有两种击实功能的击实仪,即击实筒内径为102 mm、筒高为116 mm、锤底直径51 mm、锤质量2.5kg的轻型击实仪和击实筒内径为152 mm、筒高为116 mm、锤底直径51 mm、锤质量4.5kg的重型击实仪(以下称为常规击实仪,其击实试验方法称为常规轻型击实和常规重型击实)。

由于不同土料具有不同的压实特性,没有针对不同土料分别进行击实试验,在压实度计算中均采用同一个最大干密度值,造成填土的压实度失真。

2.2 常规轻型击实试验结果校正问题

杠杆是能转动的棍子或板子,也可以是合页,它转动的中心点叫作“支点”。跷跷板就是一种杠杆。我不能用胳膊抬起罗克西,但我可以用跷跷板抬起它。其他杠杆可以帮助你把东西移动得更快或更远。

(2)采用规程提供的最大干密度校正公式来校正超粒径含量大于30%的填筑土料,造成填筑土料的最大干密度偏大,压实度偏小。因为该公式是在粒径大于5 mm的颗粒含量不大(小于30%)时,大颗粒间的空隙全部被细粒土充填,而当粒径大于5 mm的颗粒含量大(大于30%)时,由于细粒土不能完全充填大颗粒土间的空隙,随着粒径大于5 mm的颗粒含量增大,空隙也增多。因此,用该公式校正填筑土料的最大干密度造成最大干密度偏大,并且随着粒径大于5 mm的颗粒含量增大偏差增大,相应地压实度偏小。

2.3 击实试验土料代表性问题

在击实功能的选择上往往是根据轻型击实试验适用于小于5 mm的粘性土,重型击实试验适用于小于20 mm的土来选择,即当填筑土料为小于5 mm的粘性土时选择常规轻型击实试验,当填筑土料含有大于5 mm颗粒的土时选择常规重型击实试验,由于常规轻型击实试验其单位体积击实功能为592.2 kJ/m3,常规重型击实试验其单位体积击实功能为2 684.9 kJ/m3。两者的击实功能相差4.5倍,这两种击实试验方法所得的最大干密度也有较大的差别,如果设计要求与击实试验的击实功能不一致,就会导致压实度偏差。

2.4 缺乏粗颗粒土大型击实仪问题

关于村镇银行社会绩效的定义,当前学术界还未达成共识,国外虽然没有村镇银行,但有与之相似的微型金融机构(Microfinance Institutions,MFIs),Small Enterprise Education and Promotion(2006)将微型金融机构的社会绩效定义为将机构的使命变成现实的一个有效转变过程。引申至中国农村金融市场的情境,本文将村镇银行的社会绩效定义为村镇银行改善县域经济社会金融排斥现状的有效转变过程。

(1)填筑土料存在粒径大于5 mm的颗粒,不经最大干密度的校正,直接采用常规轻型击实所得的最大干密度来计算填土压实度,造成压实度偏大。因为为了满足试验要求,试验时剔除了超粒径部分土样,被剔除的土样在实际填土中对填筑土料最大干密度有一定的影响,填筑土料的最大干密度随着超粒径土含量的增加而增大(超粒径部分含量在30%内,每增加10%,最大干密度相应增加0.03~0.06 g/cm3,最大干密度越小增量越大),或者说对现场填土密度检测的试样未进行颗分试验来确定超粒径部分含量,直接采用击实试验所得的最大干密度计算压实度,造成压实度偏大;

3 填筑土料最大干密度取值方法探讨

3.1 正确选择击实试验方法

采样技术。采样是进行食品微生物检测工作的前提,只有对采样阶段进行严格控制,才能保证样品符合检测标准。一般情况下,食品取样分为大中小三种类型,对于小样,是食品检测中的主要样品类型。一般情况下是先取大样,然后分成中样,最后选取小样进行测试。为了保证样品微生物检测的准确性,在取样过程中必须保证环境的无菌,同时采样的物品也需进行杀菌处理,保证样品无菌污染。另外,对于不同的食品,状态不同,在进行取样前需要针对性进行前期处理工作,然后选择最具代表的部分进行取样测试[2]。

3.2 填筑土料的最大干密度校正

常规轻型击实试验是采用粒径小于5 mm颗粒的试样,填筑土料中含有粒径大于5 mm颗粒,需要对最大干密度进行校正。

3.2.1 关于校正公式中GS2的取值

式中:ρ实测为填土实测密度(g/cm3);ω为该填土含水率(%)。

超粒径土含量大时,由于缺乏粗颗粒土大型击实仪,仍然采用常规击实试验方法进行试验,由于常规击实仪规格尺寸比粗颗粒土大型击实仪的规格尺寸小得多(粗颗粒土大型击实仪击实筒内径为300 mm、筒高为288 mm、锤底直径150 mm),粗颗粒土受常规击实仪边界影响大,造成试验结果不准确。

3.2.2 根据公式计算或建立校正关系曲线确定土料最大干密度

现场各测点填土密度检测的试样分别进行颗分试验,确定各测点粒径大于5 mm颗粒含量,由击实试验得出击实试样的最大干密度,按粒径大于5 mm颗粒含量,根据规程提供的校正公式计算各测点填筑土料的最大干密度,也可以建立填筑土料的最大干密度与粒径大于5 mm颗粒含量关系曲线(见表1、图1),根据粒径大于5 mm颗粒含量在图1上对应找出该测点填筑土料的最大干密度,然后计算该测点填土压实度。

 

表1 填筑土料的最大干密度校正表

  

粒径大于5 mm颗粒饱和面干比重0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0 27.5 30.0粒径小于5 mm颗粒试样击实所得最大干密度/(g/cm3)1.670 1.681 1.692 1.702 1.714 1.725 1.736 1.748 1.760 1.771 1.783 1.796 1.808

  

图1 填筑土料的最大干密度与粒径大于5mm颗粒含量关系曲

3.3 最大干密度取值要以相应土料一一对应

不同土性的填筑土料有不同的压实特性,要分别进行击实试验,确定该土最大干密度,不能以一概全,料场比较大时分不同土层不同位置取样进行试验。或者在现场填土密度检测中发现不同土性的填土,分别取样进行室内试验,确定填土的最大干密度。

3.4 粗颗粒土最大干密度取值的建议

对于含粗颗粒土较多的填筑土料,常规击实仪无法满足试验要求,在缺少粗颗粒土击实仪时,建议将试样送到有条件的检测单位进行试验或参考相关文献资料进行最大干密度的校正。

4 工程应用实例

南宁市江南区六秧水库为小(2)型水库,除险加固工程设计填土压实度为大于0.95,未注明采用何种击实试验指标。检测时根据工程特性:水利工程中小(2)型水库,选用轻型击实试验。各测点粒径大于5 mm颗粒含量经试验在11.7%~26.2%范围内,均小于30%。因此,选用常规轻型击实试验方法确定粒径小于5 mm试样的最大干密度。由于该填土除各测点的粒径大于5 mm颗粒含量不同外,其他性质相同。因此,该填土取1组代表性试样进行击实试验和粒径大于5 mm颗粒的饱和面干比重试验。经过试验,试样最大干密度为1.67g/cm3,饱和面干比重为2.20。

根据《土工试验规程》SL237—1999[1]中提供的最大干密度校正公式校正,计算出各测点填筑土料的最大干密度,或绘制填筑土料的最大干密度与粒径大于5 mm颗粒含量关系曲线,查找各测点填筑土料的最大干密度,由此计算各测点填土压实度(见表2)。通过填土压实度计算,各测点压实度均大于0.95,符合设计要求。

 

表2 填土压实度计算表

  

测点编号粒径小于5 mm颗粒试样击实所得最大干密度/(g/cm3)粒径大于5 mm颗粒饱和面干比重填土实测干密度/(g/cm3)1.69 1.74 1.72 1.67 1.71 1.72粒径大于5 mm颗粒含量(%)18.8 17.5 17.8 14.4 17.8 19.2 1.672.24填筑土料的最大干密度/(g/cm3)1.75 1.75 1.75 1.73 1.75 1.76填土压实度0.97 0.99 0.98 0.97 0.98 0.98

  

7891 0 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 1.70 1.67 1.68 1.69 1.74 1.73 1.66 1.68 1.72 1.73 1.75 1.69 1.72 1.68 1.70 17.5 15.3 18.0 20.1 22.7 24.9 15.3 11.7 22.2 19.6 26.2 16.3 24.2 16.2 20.9 1.75 1.74 1.75 1.76 1.77 1.78 1.74 1.72 1.77 1.76 1.79 1.74 1.78 1.74 1.76 0.97 0.96 0.96 0.96 0.98 0.97 0.95 0.98 0.97 0.98 0.98 0.97 0.97 0.97 0.97

5 结语

南宁市江南区六秧水库除险加固工程于2012年10月通过主体完工验收并投入使用,检测填土部位为放水直管开挖坝段坝体填土,除险加固后经过5年的运行,经历了4个汛期的考验,加固措施中坝体填土运行情况良好,说明该填土质量与检测结果相符,证明采用本文的检测方法可行,可供同行参考。

参考文献

[1]SL237—1999,土工试验规程[S].

[2]GB/T50123—1999,土工试验方法标准[S].

 
彭华娟
《广西水利水电》 2018年第01期
《广西水利水电》2018年第01期文献

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