一种确定高填方库盆现场压实土石混合料流变参数的方法

一种确定高填方库盆现场压实土石混合料流变参数的方法
1.技术领域
2.本发明涉及土石混合料流变参数确定技术领域，具体为一种确定高填方库盆现场压实土石混合料流变参数的方法。

背景技术：

3.近年来，我国抽水蓄能电站建设进入了高速发展阶段，为抬高上库水头并实现电站内部的土方平衡，不少电站的上水库库盆填筑料均采用下水库的土石混合开挖料。为控制土石混合料高填方的沉降变形，工程中通常采用薄层重碾+激振的碾压方式。尽管如此，由于土石混合料具有较为显著的流变特性，其产生的长期变形仍会对运行期的库盆防渗系统安全运行造成不利影响，因此，若能在施工阶段准确地预测库盆长期变形，对于变形控制措施的提前设置以及竣工后预沉降时间的确定、保障库盆防渗系统安全运行至关重要。
4.目前，确定填筑料流变参数主要包括室内流变试验和反演分析两种方法。对于室内试验，由于试样尺寸和试验时间上均存在缩尺效应，无法反映现场真实填筑料的流变特性，所得参数难以准确预测库盆长期变形。对于反演分析方法，通常情况下采用运行期的位移监测资料进行流变参数反演，但反演结果只能对竣工后的库盆运行安全性进行评价，无法指导填筑施工阶段的变形控制方案实施。此外，对于施工期监测到的坝体位移，通常包括填筑引起的瞬时位移和流变引起的位移两部分，反演时难以将两者准确分开，这使得反演得到的流变参数不具唯一性，难以合理预测库盆长期变形。

技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本发明提供了一种确定高填方库盆现场压实土石混合料流变参数的方法，解决了上述背景技术中提出的问题。
6.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种确定高填方库盆现场压实土石混合料流变参数的方法，包括以下步骤：s1、当库盆填筑至一定高度时，在不同材料分区的库盆表面开展平板载荷试验，获取加载-沉降（p-s）曲线的数据；s2、在平板载荷试验位置，同步开展大型直剪试验，获取剪应力-剪切位移曲线的数据，并确定压实土石混合料的内摩擦角和粘聚力；s3、选用邓肯e-b模型作为压实土石混合料的静力模型，建立平板载荷试验和直剪试验的有限元模型，利用平板载荷试验和直剪试验结果，基于改进加速遗传算法反演压实土石混合料e-b模型参数；s4、根据库盆的实际填筑施工分级以及材料分区，建立库盆三维有限元模型；s5、选用南科院五参数模型作为流变模型，利用施工期的库盆位移监测资料，采用改进加速遗传算法反演流变参数，以计算沉降量与实测沉降量的均方根误差最小为目标函
数，得到一组最优的计算参数，即为反演结果。
7.可选的，所述步骤s1、步骤s2中，在开展平板载荷试验和直剪试验时，对应的库盆填筑高度不小于20m。
8.可选的，所述步骤s3中，同时采用平板载荷试验和直剪试验结果反演e-b模型参数，反演分析时，对平板载荷试验和直剪试验两套有限元网格进行交替计算，目标函数为：其中，j为平板载荷试验加载级数的编号，n为平板载荷试验总共加载级数，为第j级荷载下实测沉降，为对应的计算值；k为直剪试验中剪切力的编号，m为直剪试验剪切力的数量，为剪切力k对应的实测剪切位移，为对应的计算值。
9.可选的，所述步骤s5中的施工期库盆位移测点起测时间至少6个月，库盆填筑产生的瞬时变形由步骤s3确定的静力本构模型参数计算。
10.本发明提供了一种确定高填方库盆现场压实土石混合料流变参数的方法，具备以下有益效果：针对现场压实土石混合料，本发明提出基于原位载荷试验、直剪试验以及填筑施工期位移监测资料的现场压实土石混合料流变参数反演方法，首先通过平板载荷试验和直剪试验得到竖向荷载-沉降曲线、剪切应力-水平位移曲线，建立平板载荷试验和直剪试验的有限元模型，采用改进加速遗传算法反演现场压实土石填筑料的静力模型参数，然后结合施工期位移监测资料，建立考虑实际填筑过程的库盆三维有限元模型，利用改进加速遗传算法反演得到压实土石混合料的流变参数，该方法可准确分离出施工期产生的瞬时变形和随时间的流变变形，从而确保反演结果的准确性、可靠性和合理性。
11.本发明有效克服了利用运行期位移监测资料反演的流变参数无法指导施工期变形控制方案实施的问题；同时，克服了施工期位移中填筑荷载和流变产生的位移难以准确分离的问题，不仅确保了反演结果的准确性和合理性，还使反演结果更具工程指导意义。
附图说明
12.图1为本发明的载荷试验示意图；图2为本发明的p-s曲线示意图；图3为本发明的直剪试验示意图；图4为本发明的剪应力-剪切位移曲线示意图；图5为本发明的参数反演分析示意图。
具体实施方式
13.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
14.实施案例一请参阅图1至图5，本发明提供一种技术方案：一种确定高填方库盆现场压实土石
混合料流变参数的方法，包括以下步骤：s1、当库盆填筑至一定高度时，在不同材料分区的库盆表面开展平板载荷试验，获取加载-沉降（p-s）曲线的数据；s2、在平板载荷试验位置，同步开展大型直剪试验，获取剪应力-剪切位移曲线的数据，并确定压实土石混合料的内摩擦角和粘聚力；其中，步骤s1、步骤s2中，在开展平板载荷试验和直剪试验时，对应的库盆填筑高度不小于20m；s3、选用邓肯e-b模型作为压实土石混合料的静力模型，建立平板载荷试验和直剪试验的有限元模型，利用平板载荷试验和直剪试验结果，基于改进加速遗传算法反演压实土石混合料e-b模型参数；采用平板载荷试验和直剪试验结果反演e-b模型参数，反演分析时，对平板载荷试验和直剪试验两套有限元网格进行交替计算，目标函数为：其中，j为平板载荷试验加载级数的编号，n为平板载荷试验总共加载级数，为第j级荷载下实测沉降，为对应的计算值；k为直剪试验中剪切力的编号，m为直剪试验剪切力的数量，为剪切力k对应的实测剪切位移，为对应的计算值；s4、根据库盆的实际施工分级以及材料分区，建立库盆三维有限元模型；s5、选用南科院五参数模型作为流变模型，利用施工期的库盆位移监测资料，采用改进加速遗传算法反演流变参数，以计算沉降量与实测沉降量的均方根误差最小为目标函数，得到一组最优的计算参数，即为反演结果；施工期库盆位移测点起测时间至少6个月，库盆填筑产生的瞬时变形由步骤s3确定的静力本构模型参数计算。
15.实施案例二如图1-5所示，一种确定现场压实土石混合料流变参数的方法，包括以下步骤：步骤一：预先埋设4个1.2
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1.2m的大型剪切框，然后按照正常库盆填筑流程进行铺料、碾压，本实施案例中采用26吨的大功率振动碾对土石混合料进行碾压，碾压层厚为60cm，行车速度为2~3km/h，碾压遍数为8遍，激振力为410kn；步骤二：在压实后的土石混合料库盆表面开展平板载荷试验，获得不同荷载下压实土石混合料的沉降位移；步骤三：在压实后的土石混合料库盆表面开展大型直剪试验，获得不同竖向荷载下压实土石混合料的剪应力-剪切位移曲线，并利用摩尔-库伦强度准则确定现场压实土石混合料的内摩擦角和粘聚力；步骤四：取邓肯e-b模型作为材料静力本构模型，根据平板载荷试验获得的p-s曲线和直剪试验获得的剪应力-剪切位移曲线，建立目标函数，采用改进加速遗传算法对现场压实土石混合料的e-b模型参数k，kb，n、m进行反演；
其中，j为平板载荷试验加载级数的编号，n为平板载荷试验总共加载级数，为第j级荷载下实测沉降，为对应的计算值；k为直剪试验中剪切力的编号，m为直剪试验剪切力的数量，为剪切力k对应的实测剪切位移，为对应的计算值。
16.步骤五：根据库盆的实际填筑分级和材料分区建立库盆三维有限元模型，利用确定的e-b模型参数计算填筑产生的瞬时位移，结合施工期的位移监测资料，分离出施工期各测点由流变产生的位移；步骤六：选用南科院五参数流变模型，建立目标函数，采用改进加速遗传算法反演获得现场压实土石混合料的流变参数。
17.综上所述，本发明的基本思路是先利用平板载荷试验和现场直剪试验得到的p-s曲线以及剪应力-剪切位移曲线作为邓肯e-b模型参数反演的监测资料，反演得到现场压实土石填筑料的邓肯e-b模型参数，再利用施工期的位移监测资料，分离出流变产生的位移，进而反演得到现场压实土石混合料的流变参数。
18.以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种确定高填方库盆现场压实土石混合料流变参数的方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、当库盆填筑至一定高度时，在不同材料分区的库盆表面开展平板载荷试验，获取加载-沉降曲线的数据；s2、在平板载荷试验位置，同步开展大型直剪试验，获取剪应力-剪切位移曲线的数据，并确定压实土石混合料的内摩擦角和粘聚力；s3、选用邓肯e-b模型作为压实土石混合料的静力模型，建立平板载荷试验和直剪试验的有限元模型，利用平板载荷试验和直剪试验结果，基于改进加速遗传算法反演压实土石混合料e-b模型参数；s4、根据库盆的实际填筑施工分级以及材料分区，建立库盆三维有限元模型；s5、选用南科院五参数模型作为流变模型，利用施工期的库盆位移监测资料，采用改进加速遗传算法反演流变参数，以计算沉降量与实测沉降量的均方根误差最小为目标函数，得到一组最优的计算参数，即为反演结果。2.根据权利要求1所述的一种确定高填方库盆现场压实土石混合料流变参数的方法，其特征在于，所述步骤s1、步骤s2中，在开展平板载荷试验和直剪试验时，对应的库盆填筑高度不小于20m。3.根据权利要求1所述的一种确定高填方库盆现场压实土石混合料流变参数的方法，其特征在于，所述步骤s3中，采用平板载荷试验和直剪试验结果反演e-b模型参数，反演分析时，对平板载荷试验和直剪试验两套有限元网格进行交替计算，目标函数为：其中，j为平板载荷试验加载级数的编号，n为平板载荷试验总共加载级数，为第j级荷载下实测沉降，s
j
为对应的计算值；k为直剪试验中剪切力的编号，m为直剪试验剪切力的数量，为剪切力k对应的实测剪切位移，d
k
为对应的计算值。4.根据权利要求1所述的一种确定高填方库盆现场压实土石混合料流变参数的方法，其特征在于，所述步骤s5中的施工期库盆位移测点起测时间至少6个月，填筑产生的库盆瞬时变形由步骤s3确定的静力本构模型参数计算。

技术总结

本发明公开了一种确定高填方库盆现场压实土石混合料流变参数的方法，涉及技术领域，具体为一种确定现场压实土石混合料流变参数的方法，包括以下步骤：S1、在现场碾压结束后的土石混合料库盆表面开展平板载荷试验和直剪试验，获取加载-沉降和剪应力-剪切位移数据；S2、反演确定现场压实土石混合料的静力本构模型参数，并计算出库盆填筑产生的瞬时位移；S3、结合施工期位移监测资料，分离出流变产生的位移，进而反演确定流变参数。本发明避免了利用运行期位移监测资料反演出的流变参数难以在填筑施工阶段应用于库盆变形控制方案优化设计的问题，通过施工期监测资料获取的流变参数更具工程指导意义。更具工程指导意义。更具工程指导意义。