面板堆石坝沥青混凝土心墙动力特性研究

许光远，穆万鹏，侯福江，马海龙

（1．吉林敦化抽水蓄能有限公司，吉林敦化133700；2．桑河二级水电有限公司，云南昆明650214；3.中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林 长春 130061）



面板堆石坝沥青混凝土心墙动力特性研究

许光远1，穆万鹏2，侯福江3，马海龙1

（1．吉林敦化抽水蓄能有限公司，吉林敦化133700；2．桑河二级水电有限公司，云南昆明650214；3.中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林 长春 130061）

［摘 要］采用动力三轴试验对面板堆石坝沥青混凝土心墙的动力特性进行了研究，得出其最大动模量Edmax和最大剪切模量Gdmax随着Kc发展关系；沥青混凝土阻尼比为0.15，在不同围压和17℃试验条件下，对沥青混凝土施加较大的动应力，在100振次以内所产生的动应变是很小的（不足0.1%），沥青混凝土不存在动强度破坏问题。

［关键词］沥青混凝土心墙；动力特性；阻尼比；动弹模

自20世纪90年代以来，沥青混凝土心墙坝在我国的水利工程上得到了广泛的应用。但是，目前这种坝型的设计基本上还是经验性的，很大程度上是以工程类比和工程经验为基础的。另外，在我国绝大部分的沥青混凝土心墙坝都是建于中、低地震强度的地区，迄今尚无一座沥青混凝土心墙坝经受过强烈的地震作用，国内尚缺乏沥青混凝土心墙坝抗震的工程经验［1］。因此，对于在地震作用下沥青混凝土心墙坝的动力特性的研究是很有意义的。

1　试验方法

沥青混凝土的动力特性主要是通过动力三轴试验来研究的。此次动力三轴试验所用的沥青混凝土配合比取自国内某在建沥青心墙面板堆石坝工程，其沥青含量为6.6%。

1.1试样制备

试件的成型采用静压法，试件直径为（100±1）mm、高度为（200±2）mm。成型时沥青混合料的温度控制在（140±3）℃，在恒压10 MPa下稳定3 m in。静压的试件同试模一起冷却至常温后脱膜。

1.2试验步骤［2］

根据工程的实际受力情况选择固结比分别为1.2和1.5，围压等级选为300，500，700 kPa。施加压力时，先施加20 kPa初始围压，逐渐增加围压和轴向压力，至达到试验要求的固结比。设置动荷载波形、大小、频次以及振次等试验参数，此次试验选用动荷载频率为1 H z，振动波形为正弦波。动荷载施加过程中，由小至大逐级增加，直至达到试验要求的最大值。

2　试验成果整理

2.1稳定应力比

稳定应力比按式（1）计算：

式中：Kc——稳定应力比；σ1c——轴向稳定应力，kPa；σ3c——侧向稳定应力，kPa。

2.2动应力

动应力按式（2）计算，精确至1 kPa：

式中：σd——动应力，kPa；Pd——动荷载，荷载曲线上波峰的荷载值，N；A——试件面积，mm2。

2.3动应变

动应变按式（3）计算，精确至0.01%：

式中：εd——动应变，%；δd——动变形，变形曲线上的波峰值，mm；h——试件高度，mm。

2.4动弹模

动弹模按式（4）计算，精确至0.1MPa：

式中：Ed——动弹性模量，MPa。

用计算机采集动应力与动应变，按动应力和弹性应变的峰值做出动应力～动应变关系曲线，根据每一对动应力和弹性应变求出动弹模，具体成果见表1。

表1　动三轴试验成果表

从表1中可以看出，当围压或固结比Kc增大时，最大动模量Edmax和最大剪切模量Gdmax也相应增大。这是因为，当围压或者固结比Kc增大时，试件内部骨架结构更加趋于稳定，试件强度增加，因此Edmax、和Gdmax也随着增大。

2.5阻尼比

阻尼比按式（5）进行计算，精确至0.01：

式中：λd——阻尼比；Ar——滞回环ABCD的面积，mm2；As——三角形AEBO的面积，mm2。

流变材料（沥青混凝土）在周期性动荷载作用下的动应力-应变关系有两个特点，非线性和滞后性［3］。在一个周期内的动应力-应变关系曲线如图1所示，是一个近似椭圆的滞回圈，滞回曲线反应了应变对应力的滞后性。绘制沥青混凝土试样滞回环如图2所示，测得沥青混凝土阻尼比为0.15。

3　结　论

1）当固结比Kc不等于1时（此次试验为1.2， 1.5），沥青混凝土试件在振动前受了初始剪应力，使内部骨架趋于更稳定的结构。因此，最大动模量Edmax和最大剪切模量Gdmax随着Kc的增加而增加。

2）在不同围压和17℃试验条件下，对沥青混凝土施加较大的动应力，在100振次以内所产生的动应变是很小的（不足0.1%）。按地震震级对应的等效振次（如地震震级为8.0级对应的等效振次为30次）使沥青混凝土达到破坏应变（例如5%）是不可能的，沥青混凝土不存在动强度破坏问题。

［参考文献］

［1］初伟.土石坝沥青混凝土心墙材料基本性能研究——蠕变和动力特性研究［D］.西安：西安理工大学，2004.

［2］DL/T 5362-2006，水工沥青混凝土试验规程［S］.

［3］李志强，张鸿儒，等.土石坝心墙沥青混凝土三轴蠕变试验研究［J］.北京交通大学学报，2007，31（1）：77-80.

［中图分类号］TV641.4+1；TV312

［文献标识码］A

［文章编号］1002—0624（2016）07—0050—02

［收稿日期］2015-12-02