堆石料新型大型现场直剪试验在宜兴抽水蓄能电站中的应用研究.pdf

三、工程布置及设计与施工 堆石料新型大型现场直剪试验在 宜兴抽水蓄能电站中的应用 杨建州 郭惠民 (华东宜兴抽水蓄能有限公司) 1概述 宜兴抽水蓄能电站上水库位于江苏省宜兴市西南郊铜官山主峰北侧的沟源坳地，由主 坝、副坝和库周山岭围成。主坝为钢筋混凝土面板混合堆石坝。受地形条件所限，主坝建在 倾斜建基面上。为了改善堆石坝下游坡的稳定和受力条件，在坝轴线下游135．5m处平行主 坝轴线设置一道衡重式混凝土挡墙，以削短下游坝坡的长度。由该挡墙及其上游的混凝土面 板堆石坝共同组成混凝土面板混合堆石坝。在可行性研究阶段，堆石坝的筑坝材料来自两个 方面：距上水库主坝公路里程约8—9km的西梅园石料场和上水库库盆开挖料。堆石坝的主 堆石区料(约90万m3)规划从西梅园石料场采取，水库库盆开挖料用于主坝次堆石区。根 据室内试验结果，上水库库区扩容开挖出的五通组石英岩状砂岩夹泥岩和茅山组岩屑石英砂 岩夹泥岩石料软化系数偏低(0．4～0．5)，低于规范对堆石料软化系数0．8以上的要求，并 且以粉砂质泥岩及泥质粉砂岩为主的软弱夹层发育。室内击实试验还表明，库盆开挖料击实 后有细颗粒增加偏多现象。 为发挥堆石坝作为当地材料坝的优势，充分利用上水库库盆开挖料，节约工程投资和缩 短工期，在招标设计阶段，开展了一系列试验工作，进一步论证库盆开挖料用于主坝主堆石 区填筑的可行性。为此，对上水库库盆开挖料再次进行了现场碾压试验。为了验证堆石料在 现场施工条件下的抗剪强度，特别引进国外新型的直剪试验方法，进行五通组砂岩堆石料的 现场大型直剪试验。 2试验原理 堆石料新型大型现场直剪试验方法为日本名古屋工业大学松冈元与刘斯宏(现河海大学 教授)等人开发研究的成果，试验方法如图1所示。 首先将剪切框埋入堆石体内，然后在剪切框内的试样上先放上一块厚的铁垫板，再在铁 板上根据所要施加的垂直荷载堆上荷重铁块。水平方向用一条链条拉剪切框，从而使试样受 垂直荷载 图1 堆石料新型现场大型直剪试验方法示意图 224 抽水蓄能电站工程建设文集——纪念抽水蓄能专业委员会成立十周年 剪。剪切力用一只荷重计来测量。在铁垫板的后侧中央部位设置一水平位移计，用于测量试 样的剪切位移，同时在铁板的前、后中线上各设置一垂直位移计，试样的垂直位移取2只垂 直位移计的平均值。 图2为作用在试样上各种力的示意图。’根据力的平衡条件，剪切面上的剪切力T与垂 直力Ⅳ可用以下的关系式求得。 图2作用在试样上各种力不恿图 N=P+形+形1+Wl—Pl (1) r=F—T。 (2) r=T／A，仃=N／A (3) 式中 P——所加的垂直荷载(荷重铁块的重量)； F——剪切力，可由荷重计测定； 形——试料的重量，形。、职分别为剪切框的重量及铁板的重量； P，、TI二一剪切框底面与试样间的垂直力与摩擦力。 对于粒状材料，由于在峰值强度时，往往出现剪胀，从而使剪切框处于悬浮状态，P。 与兀近似为零。因此，从式(1)、式(2)与式(3)可知，当试样出现剪胀时，剪切面上 真正的剪切力r与垂直力Ⅳ能够精确地计算出来，也就是说试样的抗剪强度能精确地测定。 另外与通常直剪仪不同的是在剪切过程中剪切面的面积A也能保持一定。 3现场试验 宜兴抽水蓄能电站上水库堆石料新型大型现场直剪试验2003年4月10日一2003年4月 12日在上水库库区实施，试验情况如图3。由于试验工作准备充分，试验进展顺利。试验过 程介绍如下。 3．1试验准备 (1)试验装置置备。 根据该试验方法的特点，以日本开展该类试验所用装置为参考，因地制宜地研究和置备 整套试验装置，这些装置包括：双向千斤顶、锚链、剪切框、位移计、荷载计、承载架、荷 重块等。 1)600kN双向千斤顶，配有油压加力系统、力