宽级配土防渗料服役性能室内试验研究

作     者：史新 

作者单位：北京交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李旭

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 0815[工学-水利工程] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 081503[工学-水工结构工程] 

主      题：宽级配土 渗透系数 防渗标准 细粒含量 压缩系数 压缩模量 

摘      要：宽级配土是指颗粒范围从黏粒到粗砾(或碎石、块石),并基本包括所有中间粒径,能满足一定防渗要求的性能良好的土石混合料,相对传统的粘土和土工膜来说,其在强度、变形等力学性能等方面具有明显的优势。目前宽级配土防渗主要应用于土石坝心墙,但在其他领域还未获得广泛推广,具有很大的应用潜力,因此对宽级配土的工程特性展开进一步的研究尤为必要。本文以宽级配土防渗料为研究对象,首先采用控制变量法分别探究细粒土的物理特性、细粒含量、土的级配以及击实功这四个因素对其渗透特性的影响,得到其主控因素,并且通过控制这四个影响因素,建立合适的数学模型,得到统一的面向土石坝心墙(Ks1×10-7m/s)的宽级配土防渗料控制标准,在此基础上,对土体进行改良得到超低渗透性(Ks1×10-8、1×10-9、1×10-10m/s)防渗标准。然后对宽级配土的压缩固结特性和收缩特性展开探究,从而给出科学的宽级配土防渗料工后沉降和收缩开裂调控措施,更好的指导工程实践。基于试验研究和理论分析,本文取得了如下结论:(1)细粒物理特性、细粒含量、击实功以及颗粒级配均对宽级配土的渗透系数有着显著的影响。宽级配土最优细粒含量在30～40%之间,渗透系数随着细粒部分液限以及塑性指数的增大而减小,随着击实功的增加呈负指数函数形式下降,粗粒料级配连续时的渗透系数可以达到不连续时的1/100,并且细粒含量为主控因素。(2)定义修正曲率系数Cc’作为宽级配土的级配控制指标,对不同细粒物理特性的宽级配土,分别建立其防渗标准,然后抽象出防渗标准的计算模型,从而得到了面向土石坝心墙的宽级配土防渗料控制标准,同时在此基础上掺入一定量的膨润土以及增加击实功,得到了超低渗透性宽级配土防渗料控制标准。(3)随着细粒含量的增加,宽级配土的压缩系数先迅速减小然后逐渐增大,压缩模量先迅速增大再逐渐减小,细粒含量在20%～30%之间时,宽级配土的压缩系数最小,压缩模量最大,其压缩性能最佳。宽级配土相对纯细粒土来说,能有效减小土体的压缩系数,增加压缩模量。(4)随着细粒含量的增加,宽级配土的体积收缩量先迅速减小后平缓增加,细粒含量在25%～30%之间,宽级配土抗干缩性能最佳。30%细粒含量的宽级配土体积收缩量是纯细粒土的0.386倍,宽级配土相对纯细粒土来说能有效减小土体的收缩变形量。