[发明专利]预测原级配筑坝堆石料最小孔隙比的方法

说明书

本发明提供一种预测原级配筑坝堆石料最小孔隙比的方法，包括：步骤1.对超径粒进行缩尺处理，将原级配堆石料缩尺为试验级配，测得试验级配下堆石料的最小孔隙比；步骤2.选取多个代表粒径，通过最小孔隙比试验得到单一粒径组的堆石料最小孔隙比与其平均粒径的函数表达式；步骤3.将连续的试验级配曲线划分为多段，建立试验级配堆石料最小孔隙比的函数表达式，并使用基于粒子迁徙的粒群算法寻找表达式中形状参数最优解；步骤4.对照试验级配建立原级配堆石料最小孔隙比的函数表达式，并将形状参数的最优解代入该函数表达式计算出原级配筑坝堆石料的最小孔隙比。本方法预测精度高，可以较为便捷和准确地预测原级配筑坝堆石料的最小孔隙比。

技术领域

本发明属于水利水电工程和岩土工程领域，具体涉及一种预测原级配筑坝堆石料最小孔隙比的方法。

技术背景

堆石料是堆石坝(包括心墙堆石坝和面板堆石坝)的主要筑坝材料。筑坝堆石料的密实状态是衡量堆石坝填筑质量的重要指标。维持坝体稳定的堆石料内部阻力(粘聚力和摩擦力)，心墙土料的防渗性能等，都是随其密实程度的增加而提高。孔隙比是堆石料中孔隙体积与固体颗粒体积的比值，是反映堆石料密实程度的基本物性指标。最小孔隙比是堆石料在最密实状态下的孔隙比。确定原级配筑坝堆石料的最小孔隙比是设计坝体填筑标准、控制坝体填筑质量、预测坝体变形，分析坝体稳定、渗流等性质的基础。

筑坝堆石料中粗粒组含量大于50％，属于粗粒类土。根据《水电水利工程粗粒土试验规程(DL/T 5356-2006)》，对于最大粒径为60mm且能自由排水的无粘性粗粒土，采用振动台法或表面振动法测定粗粒土的最小孔隙比。但上坝堆石料的最大粒径可达800～1200mm，远远超过了室内土工试验仪器的适用范围。任何大型土工试验仪器都很难满足原级配堆石料的试验要求，这就要求将超过试验允许粒径范围的颗粒(称为超径粒)进行处理，如按剔除法、等量替代法、相似级配法或结合法对超粒径的粗粒土进行缩尺。然而大量研究和实际工程数据表明，缩尺后的堆石料最小孔隙比与原级配堆石料存在明显的差别。

目前对于如何确定原级配筑坝堆石料的最小孔隙比，尚没有很好的解决方案。尽管有一些经验公式可用来预测原级配堆石料的最小孔隙比，但其适用范围比较有限，而几乎没有解析的方法。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种预测原级配筑坝堆石料最小孔隙比的方法。

本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：

本发明提供一种预测原级配筑坝堆石料最小孔隙比的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.对超径粒进行缩尺处理，将原级配堆石料缩尺为试验级配，测得试验级配下堆石料的最小孔隙比；步骤2.选取多个代表粒径，通过最小孔隙比试验得到单一粒径组的堆石料最小孔隙比与其平均粒径(d₅₀)的函数表达式；步骤3.将连续的试验级配曲线划分为若干段，建立试验级配堆石料最小孔隙比的函数表达式，并使用基于粒子迁徙的粒群算法寻找表达式中形状参数最优解；步骤4.对照试验级配建立原级配堆石料最小孔隙比的函数表达式，并将形状参数的最优解代入该函数表达式计算出原级配筑坝堆石料的最小孔隙比。

本发明提供的预测原级配筑坝堆石料最小孔隙比的方法，还可以具有以下特征：步骤1包含以下子步骤：

步骤1-1.对原级配堆石料进行缩尺，得到k(k≥1)组试验级配，使试验级配的最大粒径满足室内试验装置的要求；根据《水电水利工程粗粒土试验规程(DL/T 5356-2006)》，对超径粒的缩尺可采用剔除法、等量替代法、相似级配法和结合法等方法。采用任一种缩尺方法并不影响本发明提供的理论预测结果。

工程上常采用的方法是结合法，即先用相似级配法以适当比例缩小原级配堆石料得到相似级配，再用等量替代法处理超粒径颗粒得到试验级配。所谓相似级配法，应根据原级配曲线的粒径，分别按照几何相似条件等比例地将原样粒径缩小，保持堆石料级配的不均匀系数和曲率系数不变，具体计算按照下列公式：