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项目年度编号
2300010333
中图分类号
TV649
成果公布年份
2022
成果简介
高砂砾石坝的变形控制是工程设计和施工控制的关键技术，提高砂砾石坝压实标准，减小压缩变形，增强渗透变形稳定能力和坝体分区变形协调性，控制大坝施工期加载变形量和蓄水运行后的徐变量等措施是变形控制的核心，而用来控制砂砾石压实质量的相对密度指标，因砂砾石材料本身特有的颗粒分离性、粒组不均性以及级配分散性等特征，常规的相对密度确定方法由于受尺寸效应、压实机理、数学模型推算误差等因素的影响，在确定高砂砾石坝压实标准时往往暴露出诸多问题，给高砂砾石坝的变形控制设计和施工质量管理造成很大困惑，给工程安全造成极大隐患，国外对砂砾石料的相关特性还没有这方面的系统研究。
高砂砾石坝建设关键技术研究与应用项目主要包含以下技术内容：
①研究尺寸效应和压实机制等因素对相对密度指标的影响机理和影响规律。针对高砂砾石坝对筑坝材料压缩变形的高要求和现实应用中因砂砾石料相对密度指标试验中存在的难点、疑点等问题，对缩尺效应、压实机制对其影响机理和影响规律进行研究。结合陕西黑河金盆水库和青海公伯峡水电站建设中砂砾石筑现材料的研究应用，在国内外首次提出了通过现场原级配大型相对密度试验确定砂砾石料压实控制指标的思想和途径，研制了“现场密度桶法”原级配砂砾石料相对密度试验方法，为有效控制坝体压缩变形提供了科学依据：
②开展原级配砂砾石压实标准技术的系统研究。结合“现场密度桶法”确定原级配砂砾石相对密度试验方法的初步成果，依托湖北龙背湾水电站、陕西涧峪河水库等项目建设，从技术理论、方法标准、设备研制等方面，进行多参数、多工况、多应力条件下的系统研究，创建砂砾石料现场原级配压实标准的完整理论体系和科学试验标准，并在青海茨哈峡、新疆卡拉贝利、大石门、阿尔塔什等建设项目进一步验证完善。
③研究高砂砾石坝安全控制设计方法。基于原级配砂砾石料压实标准的提高，研究高密度、低压缩、弱渗透特性下高砂砾石坝的整体排水设计、新型排水结构设计、强震区抗震设计及坝体分区料的变形协调设计等，创新高砂砾石坝安全控制关键设计技术方法。
④高砂砾石坝施工质量控制技术研究。依托工程应用，对影响高砂砾石坝坝体变形控制的“Dr、P5、Pd”三因素控制技术，坝料级配变化、压实质量k30(k50)、含水率等快速检测技术，数字化、智能化的大坝填筑质量控制技术以及智慧工地建设等方面开展试验研究与实践运用分析，提出了有效提高坝体压实质量管理与控制的系列技术。
⑤高砂砾石坝筑坝材料压缩变形特性和现场大型载荷试验研究。围绕高砂砾石坝筑坝材料压缩变形特性，针对尺寸效应的影响，从试验方法标准、操作控制要点、设备研发等方面进行全级配砂砾石筑坝材料压缩变形特性和现场大型载荷试验研究，对验算和评价坝体沉降变形稳定提供技术支撑。
⑥高砂烁石坝筑坝材料渗透及超大动静三轴试验研究。针对砂砾石料在高压实密度、弱渗透特性的特点，对筑坝材料在减小压缩变形后的渗透变形稳定能力、强度及受力变形特性等进行研究，揭示高砂砾石坝的筑坝材料的变形特性规律，为大坝设计提供分析评价依据。
高砂砾石坝建设关键技术研究与应用项目获得了多项创新成果，首创了“现场密度桶法”确定砂砾石料压实标准的试验方法并形成了行业技术标准：成功发明了大吨位土料载荷试验竖向反力加载装置及其加载方法、动静三轴试验机饱和及非饱和体变测量控制方法、三轴试验仪内置轴向荷载传感器等技术方法；研制成功了国内外最大直径2000mm荷载30000kN的全级配粗粒土压缩试验系统、试样直径2000mm的全级配粗粒土垂直、水平渗透及渗透变形试验系统等试验方法和设备。该系列创新成果克服了尺寸效应、压实机制等影响，已广泛应用于高砂砾石坝的压实质量标准、载荷试验、压缩和三轴变形控制、渗透及渗流变形稳定等方面的科研、设计及施工质量管理。
研究成果已编入行业标准4部，出版专著4部，发表相关论文12篇，获得国家级及省部级工法6项。获得发明专利3件，实用新型专利5件。
该项目研究成果先后在国内三十多项以砂砾石作为筑坝材料的大中型水利水电工程的科研、设计、建设过程中得到广泛应用，为推动中国高砂砾石坝的筑坝技术进步和工程安全发挥中重要作用。经不完全统计，近年来应用该研究成果从项目科研、设计优化、建设工期、施工成本管理、工程效益发挥等方面获得直接经济效益31100亿元，对有效控制高砂砾石坝变形和渗流稳定、提高坝体抗震稳定、提高工程质量管理水平等方面也取得了显著的社会效益，有力促进了中国土石坝施工技术发展进步和西部经济社会建设发展，具有广阔的推广应用前景。
项目研究相关成果还获得了陕西省建筑业协会建设工程科学技术进步特等奖，中国电力企业协会科学技术成果一等奖，中国电机工程学会电力科技成果一等奖，陕西省职工优秀发明创新成果金奖等多项奖励。
完成人
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