[发明专利]一种基于分形理论与物理力学试验的土石料级配优化方法

摘要

本发明提供了一种土石料颗粒级配优化确定的方法，包括以下步骤：对于颗粒分布符合分形分布特性的土石料，首先通过改变土石料的粒度分形维数，配置不同粒径分布函数的级配土石料试样，进而通过现场或室内试验建立极值干密度，压缩模量，剪切强度与级配粒度分形维数的函数关系，实现通过调整粒度分形维数，得到充填关系较优的更易于压实且模量和强度较高的土石料级配，可应用于堆石料与天然砂砾石料的颗粒级配优化设计。

主权项

1.一种基于分形理论与物理力学试验的土石料级配优化方法，其特征在于包括以下的步骤：(1)选取工程应用范围不同粒度分形维数D的土石料级配，确定不同粒径区间土石料的配置重量并进行配料,公式为：式中为指定粒组的平均粒径，为研究级配的最大控制粒径，W/W₀为指定粒组的重量与总重量之比，δ为颗粒直径；(2)建立土石料粒度分形维数D与最大干密度和最小干密度之间的关系：采用现场密度桶法、现场能量法或室内相对密度试验方法，测定最大干密度或最小孔隙率，根据松铺条件测定最小干密度，确定土石料的粒度分形维数D与最大干密度和最小干密度或孔隙率之间的关系，并确定最大干密度和最小干密度或孔隙率对应的粒度分形维数即临界分形维数值；(3)建立土石料粒度分形维数D与压缩模量之间的关系：按相对密度标准进行制样，进行现场或室内大型压缩试验，确定土石料粒度分形维数D与压缩模量之间的关系，具体步骤为：(3‑1)进行不同粒径区间土石料的配重，并按相对密度标准进行制样；(3‑2)根据DL/T5356‑2006规范或相关规程要求，进行大型压缩试验，要求模拟低坝到300m级特高坝的工作压力范围，试验压力由0.0MPa分级连续加载到6.4MPa，每组级配重复试验1次，取两组试验平均值，计算压缩模量，以减小试验结果的离散性；(3‑3)根据试验结果，整理土石料的粒度分形维数D与同一应力区间的压缩模量之间关系曲线；(4)建立土石料的粒度分形维数D与破坏强度之间的关系：按相对密度标准进行制样，选取不同围压条件对试样进行大型三轴试验，记录土石料试样的剪切破坏应力和最大压缩体积变形，确定土石料的粒度分形维数D与破坏强度之间的关系；(5)利用第(1)、第(2)步骤试验结果，得到土石料粒度分形维数D所对应级配在不同相对密度条件下的干密度值，根据土石料的孔隙率和相对密度的填筑质量双控指标，以及土石料粒度分形维数不大于临界分形维数的条件，初步确定土石料的级配范围；(6)在第(5)步骤的基础上，设定土石料的压缩模量与破坏强度指标，通过第(3)、第(4)步骤试验结果，得到相应的土石料粒度分形维数D所对应的级配压缩模量和破坏强度的关系曲线，根据第(5)步骤初步确定的级配范围，选取同时满足级配压缩模量和破坏强度指标要求的级配范围，作为满足工程要求优化的目标级配。