楊玉生 ，趙劍明 ，王 龍 ，劉小生

（1.中國水利水電科學(xué)研究院 流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100038；2.水利部水工程建設(shè)與安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100048）

1 研究背景

我國西北、西南地區(qū)河流河床上多有覆蓋層發(fā)育，砂礫料儲量豐富，是一種很好的筑壩材料。相應(yīng)地，在西北和西南水利水電開發(fā)中，砂礫石壩是一種重要壩型。西北、西南地區(qū)已建、在建或者規(guī)劃中的砂礫石壩有不少是壩高超過70 m的高壩，甚至是200 m級的超高壩，工程規(guī)模宏大。再者，西部地區(qū)地震活動頻繁，且強(qiáng)度大、烈度高。水電工程壩址區(qū)大多處在強(qiáng)烈地震帶影響的范圍之內(nèi)，壩址區(qū)地震基本烈度通常比較高，這使得地震荷載往往成為工程可行性的控制工況，壩的變形控制和抗震安全十分重要。在壩址、壩型和壩體填筑分區(qū)確定之后，大壩填筑標(biāo)準(zhǔn)的確定在設(shè)計(jì)層面上是對大壩變形控制最關(guān)鍵的因素，對抗震安全也有重要影響。

砂礫石壩填筑標(biāo)準(zhǔn)以相對密度作為控制指標(biāo)，采用填筑標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行砂礫石壩施工填筑質(zhì)量控制時，以施工填筑檢測干密度與填筑標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)的干密度進(jìn)行對比，確定填筑密實(shí)度是否滿足設(shè)計(jì)填筑標(biāo)準(zhǔn)的要求。填筑標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)干密度的確定受砂礫料最大、最小干密度的影響，與筑壩砂礫料級配相關(guān)，不同的級配，即便相同的填筑標(biāo)準(zhǔn)，其對應(yīng)的干密度也不同。因此，填筑標(biāo)準(zhǔn)實(shí)質(zhì)上具有級配相關(guān)性。筑壩砂礫料最大、最小干密度受礫石含量、級配特征、最大粒徑等自身土性參數(shù)，含水狀態(tài)、密度桶尺寸特征等環(huán)境因素，以及振動強(qiáng)度、頻譜和時間等振動荷載因素的影響。筑壩砂礫料最大、最小干密度的確定方法，以往采用的是室內(nèi)試驗(yàn)，室內(nèi)試驗(yàn)存在兩個方面的顯著問題。（1）室內(nèi)試驗(yàn)設(shè)備較小，現(xiàn)場砂礫料大多在200 mm以上，甚至可達(dá)600 mm，進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)時需要進(jìn)行縮尺，已有研究表明，砂礫料最大、最小干密度受級配特征和最大粒徑的影響，室內(nèi)縮尺試驗(yàn)難以準(zhǔn)確確定原級配料的干密度[1-2]。雖然一些研究者[1，3-9]也嘗試在系列試驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出經(jīng)驗(yàn)式，將室內(nèi)試驗(yàn)縮尺成果外延于原級配砂礫料。但總的來看，外延法公式缺乏普遍適用性，應(yīng)用時存在較大的誤差。（2）室內(nèi)試驗(yàn)確定干密度，包括表面振動法和振動臺法，這兩種方法與實(shí)際施工振動碾壓在受力機(jī)制上存在較大差異，不能反映現(xiàn)場的實(shí)際情況。砂礫料原有的室內(nèi)填筑標(biāo)準(zhǔn)確定方法是與當(dāng)時生產(chǎn)力水準(zhǔn)下的施工機(jī)械對應(yīng)的，隨著大型施工碾壓機(jī)械的廣泛采用，在實(shí)際施工檢測中，常出現(xiàn)相對密度大于1的情況，這從力學(xué)概念上來說顯然是說不通的，說明室內(nèi)試驗(yàn)確定的干密度并非真實(shí)的最大干密度。

隨著西部一些高面板（心墻）砂礫石壩的建設(shè)，一些研究和施工單位逐步采用現(xiàn)場大型相對密度試驗(yàn)代替室內(nèi)試驗(yàn)確定筑壩砂礫料的最大、最小干密度。如中國水科院采用大型相對密度試驗(yàn)確定了河南省前坪水庫、新疆大石門水庫、大石峽水庫筑壩砂礫料的最大、最小干密度，作為大壩填筑質(zhì)量控制的依據(jù)。在實(shí)際工程應(yīng)用中，目前的砂礫石壩壩體施工質(zhì)量檢測，主要依據(jù)壩體碾壓后獲得的干密度與設(shè)計(jì)填筑標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)的干密度作比較來判斷是否滿足填筑質(zhì)量控制要求。具體實(shí)施上是根據(jù)挖坑檢測干密度，并進(jìn)行試坑砂礫料篩分，確定試坑砂礫料含礫量，根據(jù)含礫量確定對應(yīng)于該含礫量下的施工質(zhì)量控制干密度。

在現(xiàn)場采用大型相對密度試驗(yàn)確定筑壩原級配砂礫料最大、最小干密度的方法，從影響砂礫料壓實(shí)特性的幾個因素來看，具有以下幾個優(yōu)勢：（1）可對原級配風(fēng)干砂礫料直接開展試驗(yàn)，不需要進(jìn)行縮尺，能夠解決室內(nèi)試驗(yàn)縮尺帶來的縮尺效應(yīng)的影響問題；（2）采用現(xiàn)場施工振動碾壓確定最大干密度的振動荷載特征與實(shí)際施工情況一致，能夠更好地反映大壩填筑實(shí)際施工振動荷載情況。因此，采用現(xiàn)場大型相對密度試驗(yàn)確定砂礫料最大、最小干密度時，影響筑壩砂礫料填筑標(biāo)準(zhǔn)確定的因素主要集中在砂礫料自身特性包括最大粒徑和級配特征上。目前廣泛接受的共識是，砂礫料的最大、最小干密度具有級配相關(guān)性。在實(shí)際應(yīng)用中，這種相關(guān)性僅依靠含礫量來反映，難以考慮不均勻系數(shù)和曲率系數(shù)等級配的整體形狀特征。從目前的試驗(yàn)方法來看，在級配包線范圍內(nèi)，從上包線到下包線之間各條級配線是近乎平行的，不同級配的不均勻系數(shù)和曲率系數(shù)比較接近。而在實(shí)際施工中，由于嚴(yán)格控制上壩砂礫料的級配難度較大，且在壩面攤鋪碾壓時也常存在骨料分離和聚集的情況。因此，壩料級配可能也在包線范圍之內(nèi)，但其變?yōu)椴涣技壟?，這就需要對相同含礫量，不同級配形狀和不同最大粒徑時干密度差異的敏感性進(jìn)行評估。

傳統(tǒng)上采用級配曲線描述粗粒土的級配組成，在反映級配的指標(biāo)上大多采用最大粒徑、曲率系數(shù)和不均勻系數(shù)來表示，并以曲率系數(shù)和不均勻系數(shù)來評定級配優(yōu)良或級配不良。但由于缺乏對級配定量描述的指標(biāo)，粒組含量、最大粒徑、曲率系數(shù)和不均勻系數(shù)之間難以建立定量的描述關(guān)系，這使得在研究級配特征對粗粒土物理力學(xué)性質(zhì)影響時，無法在統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)下定量表示其對不同參數(shù)的影響。已有研究在分析級配對粗粒土物理力學(xué)性質(zhì)影響時，大多是針對某一種筑壩堆石料（砂礫料）原型設(shè)計(jì)級配，采用一定縮尺方法后，考察不同縮尺方法或不同的縮尺對土石料力學(xué)性質(zhì)帶來的影響[9-18]。當(dāng)在同一粒徑尺度上考察級配的影響時，往往只能定性的界定級配的好壞或采用曲率系數(shù)或不均勻系數(shù)來描述級配的影響。朱俊高等[19-22]提出了一個對連續(xù)級配土具有普遍適用性的級配方程，并結(jié)合實(shí)際土石壩工程，總結(jié)了粗粒土級配參數(shù)的常見分布范圍，給出了采用該級配方程進(jìn)行級配設(shè)計(jì)的方法，并結(jié)合規(guī)范規(guī)定的4種縮尺方法，分析了縮尺級配與原級配參數(shù)之間的關(guān)系。朱俊高等[19-22]的研究使得采用統(tǒng)一的變量在P—d平面上定量描述級配成為可能，并為級配定量設(shè)計(jì)和定量描述縮尺效應(yīng)的影響提供了一種可行的分析途徑。

本文緊密結(jié)合工程實(shí)踐問題，基于實(shí)際施工振動碾壓條件，通過現(xiàn)場密度桶法，研究含礫量相同時不同級配形狀特征和最大粒徑對原級配筑壩砂礫料填筑標(biāo)準(zhǔn)的影響，為砂礫料筑壩填筑標(biāo)準(zhǔn)確定和施工質(zhì)量檢測評估提供依據(jù)，評估目前單一依靠含礫量來代表級配特征對干密度的影響的合理性。包括兩個方面：（1）在含礫量和最大粒徑相同的情況下，考察不同級配特征對最大、最小干密度的影響；（2）在含礫量和特定的級配特征參數(shù)相同的情況下，考察最大粒徑變化對最大、最小干密度的影響。

2 試驗(yàn)方案和試驗(yàn)方法

2.1 級配設(shè)計(jì)在實(shí)際工程應(yīng)用中，目前的砂礫石壩壩體設(shè)計(jì)填筑標(biāo)準(zhǔn)以相對密度表示，施工質(zhì)量檢測時，主要依據(jù)壩體碾壓后獲得的干密度值與設(shè)計(jì)填筑標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)的干密度值作比較來判斷是否滿足設(shè)計(jì)填筑標(biāo)準(zhǔn)要求。具體實(shí)施上是根據(jù)挖坑檢測干密度，并進(jìn)行試坑砂礫料篩分，確定試坑砂礫料含礫量，依據(jù)施工質(zhì)量檢測三因素相關(guān)圖，確定對應(yīng)于試坑檢測含礫量下的施工質(zhì)量控制干密度，將挖坑檢測干密度與施工質(zhì)量控制干密度進(jìn)行比較，判斷大壩填筑密實(shí)度是否達(dá)到設(shè)計(jì)填筑標(biāo)準(zhǔn)的要求。設(shè)計(jì)填筑標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)的干密度通常是依據(jù)一定級配砂礫料相對密度試驗(yàn)結(jié)果確定的，在設(shè)計(jì)包線級配特征相近的情況下，現(xiàn)有設(shè)計(jì)填筑標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)干密度的確定實(shí)際上考慮了含礫量和最大粒徑不同對最大、最小干密度的影響，未能考慮不同級配特征的影響。在施工質(zhì)量檢測上，僅以含礫量進(jìn)行控制確定檢測級配對應(yīng)的設(shè)計(jì)填筑干密度，實(shí)際上既未考慮級配特征的影響，也未考慮最大粒徑的影響。為了評估目前單一依靠含礫量來代表級配特征對干密度的影響的合理性，需要在含礫量相同的情況下，考察不同級配特征和最大粒徑的級配曲線對填筑標(biāo)準(zhǔn)確定的影響，首先需要進(jìn)行一定含礫量下的級配設(shè)計(jì)。

土力學(xué)中通常以不均勻系數(shù)Cu和曲率系數(shù)Cc來反映級配的好壞，傳統(tǒng)的級配設(shè)計(jì)方法，無法將級配用連續(xù)化的參數(shù)定量表示，在進(jìn)行級配設(shè)計(jì)時，需要采用插值法反復(fù)驗(yàn)算，直至滿足Cu和Cc的要求為止，過程繁瑣。朱俊高等[19]提出了描述連續(xù)級配土的級配方程：

式中：P為粒徑為d的顆粒的通過百分率，%；dmax為最大粒徑；b和m為與曲線形態(tài)和傾斜程度有關(guān)的參數(shù)，且其合理取值范圍為m＞0，b＜1。

研究表明，該方程對于各種連續(xù)級配的土料都具有較好的適用性[19-22]，這對定量研究及表述土體級配對相關(guān)力學(xué)性質(zhì)的影響很有意義，它使得對連續(xù)級配土體的級配特征進(jìn)行定量描述成為可能。

本文擬結(jié)合某實(shí)際工程上壩砂礫料進(jìn)行級配設(shè)計(jì)，首先采用式（1）對設(shè)計(jì)包線范圍內(nèi)砂礫料級配進(jìn)行擬合，驗(yàn)證式（1）的適用性。根據(jù)設(shè)計(jì)級配線擬合得到的b、m列于表1，設(shè)計(jì)級配線（實(shí)線）與擬合級配線（虛線）的對比見圖1所示。由圖1可知，雖然料場設(shè)計(jì)級配線局部變動不規(guī)律，但總體上朱俊高等[19]提出的式（1）對設(shè)計(jì)級配線具有較好的擬合度。因此，基于式（1）進(jìn)行級配設(shè)計(jì)是可行的。由于需要進(jìn)行一定含礫量下的級配設(shè)計(jì)，則需要確定能夠滿足一定含礫量的級配參數(shù)。根據(jù)式（1），可得式（2）：

圖1 料場設(shè)計(jì)級配包線及級配參數(shù)擬合線

表1 某工程上壩砂礫料級配特征參數(shù)

為了研究不同級配特征對最大、最小干密度的影響。試驗(yàn)級配的設(shè)計(jì)上考慮含礫量和最大粒徑兩個因素，在m和b的合理取值范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)不同形狀特征的級配曲線進(jìn)行最大、最小干密度試驗(yàn)，研究級配特征對最大、最小干密度的影響。（1）設(shè)定含礫量和最大粒徑相同，通過調(diào)整級配方程參數(shù)來調(diào)整級配形狀，考察級配形狀變化對最大、最小干密度的影響。（2）設(shè)定含礫量相同和級配方程參數(shù)m相同，變化最大粒徑和b值，考察最大粒徑和b值的變化對最大、最小干密度的影響。

由圖1和表1可知，料場包線范圍內(nèi)，不同級配曲線的最大粒徑在200～500 mm之間，5條級配線的曲率系數(shù)和不均勻系數(shù)比較接近。在進(jìn)行級配設(shè)計(jì)時，以平均線級配為基礎(chǔ)，進(jìn)行不同級配形狀影響的試驗(yàn)級配設(shè)計(jì)。

根據(jù)式（2）確定滿足P5=28%及最大粒徑dmax=400 mm的b和m的關(guān)系，可得式（3）：

由式（3），計(jì)算可得b和m的關(guān)系如表2和圖2所示。由圖2可知，在b-m平面上，b=1為b-m曲線的水平漸近線。則當(dāng)m達(dá)到1.5時，b值即約等于1。

在考察最大粒徑的影響時，以平均線級配為基礎(chǔ)，結(jié)合料場級配包線范圍內(nèi)最大粒徑的變化范圍，根據(jù)式（2）計(jì)算P5=28%、m=0.522時，不同最大粒徑下的b值，見表3和圖3所示。在b-dmax平面上，當(dāng)粒徑足夠大時，b=1為b-dmax曲線的水平漸近線。一般的上壩砂礫料最大粒徑小于600 mm，b值最大可取0.770。

表2 P5=28%、dmax=400mm時b和m數(shù)值對應(yīng)關(guān)系

圖2 P5=28%、dmax=400mm時b和m的關(guān)系

圖3 P5=28%、m=0.522時b和dmax的關(guān)系

表3 P5=28%、m=0.522時b和dmax數(shù)值對應(yīng)關(guān)系

2.2 試驗(yàn)方案考慮不同級配特征對填筑標(biāo)準(zhǔn)（最大、最小干密度）影響的試驗(yàn)方案，可以平均線級配為基礎(chǔ)，保證含礫量P5=28%和最大粒徑dmax=400 mm相同，根據(jù)料場實(shí)際級配范圍，在m=0.01～1.5之間，根據(jù)表2選擇如表4所示m和b計(jì)算設(shè)計(jì)級配（1）—（7），相應(yīng)級配曲線見圖4所示。

考慮最大粒徑對填筑標(biāo)準(zhǔn)（最大、最小干密度）影響的試驗(yàn)方案，可以平均線級配為基礎(chǔ)，保證含礫量P5=28%和級配參數(shù)m=0.522。根據(jù)料場實(shí)際最大粒徑的分布范圍，在dmax=200～500 mm之間，根據(jù)表3選擇如表4所示的dmax和b計(jì)算設(shè)計(jì)級配（4）和（8）—（10），相應(yīng)級配曲線見圖5所示。

圖4 最大粒徑和含礫量相同時級配特征影響的試驗(yàn)設(shè)計(jì)級配

圖5 含礫量相同時最大粒徑影響的試驗(yàn)設(shè)計(jì)級配

表4 不同級配特征和最大粒徑影響的試驗(yàn)設(shè)計(jì)級配參數(shù)

2.3 試驗(yàn)方法現(xiàn)場相對密度試驗(yàn)采用《土石筑壩材料碾壓試驗(yàn)規(guī)程》（NB/T 35016-2013）規(guī)定的密度桶法。密度桶為帶底無蓋鋼桶，壁厚12 mm，內(nèi)徑為120 cm，內(nèi)高為80 cm。現(xiàn)場相對密度試驗(yàn)流程主要包括密度桶埋置、篩分備料、最小干密度試驗(yàn)和最大干密度試驗(yàn)4個試驗(yàn)環(huán)節(jié)。首先采用挖掘機(jī)開挖溝槽，并振動碾壓密實(shí)。在桶底碾壓體表面均勻鋪一層厚度為5 cm左右的細(xì)砂，并靜壓2遍。將5個密度桶找平放置于溝槽中心線上，密度桶桶壁之間的距離為2.5～3.0 m，并采用砂礫料將密度桶周圍填平。進(jìn)行篩分備料，按不同粒組堆放風(fēng)干，如圖7所示。采用風(fēng)干砂礫料（含水率為零），按試驗(yàn)設(shè)計(jì)級配人工備料，并按照四分法拌料，采用人工松填法開展最小干密度試驗(yàn)，按級配要求將砂礫料均勻松填于密度桶中，裝填時防止沖擊和振動，如圖6所示。將拌好的剩余的試驗(yàn)料人工裝填到桶頂并高出桶頂20 cm左右，用類型和級配大致相同的砂礫料圍鋪密度桶四周，高度與試驗(yàn)料齊平，如圖7所示。將選定的振動碾在場外按預(yù)定的轉(zhuǎn)速、振幅與頻率啟動，控制行駛速度2.2 km/h，振動碾壓26遍后，在每個密度桶范圍內(nèi)微動進(jìn)退振動碾壓15 min。在碾壓過程中，應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)料及周邊料的沉降情況，及時補(bǔ)充配制好的砂礫料，使振動碾碾磙不與密度桶直接接觸。為保證密度桶深度范圍內(nèi)的有效碾壓，碾壓完成后，應(yīng)測量超出密度桶桶頂?shù)纳暗[料高度，保證其小于10 cm。之后進(jìn)行桶頂找平，并挖出桶內(nèi)砂礫料進(jìn)行稱量和篩分。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

不同試驗(yàn)設(shè)計(jì)級配的最小、最大干密度試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 不同試驗(yàn)設(shè)計(jì)級配的最小、最大干密度試驗(yàn)結(jié)果 （單位：g/cm3）

圖6 最小干密度試驗(yàn)

圖7 最大干密度試驗(yàn)

3.1 級配特征參數(shù)m對填筑標(biāo)準(zhǔn)的影響將最大粒徑和含礫量相同時不同試驗(yàn)設(shè)計(jì)級配的最大、最小干密度與級配參數(shù)m和b的關(guān)系繪制于圖8。在P—d平面上，級配參數(shù)m決定顆粒級配曲線主體部分的傾斜程度，在最大粒徑和含礫量相同時，隨著m的增大，顆粒級配曲線主體部分的傾斜度增大。級配參數(shù)b主要決定顆粒級配曲線呈雙曲線型還是反S型，隨b值的增大，顆粒級配曲線形狀從雙曲線型逐漸過渡到反S型。由圖4可見：在最大粒徑和含礫量相同時，隨級配參數(shù)m從0.01增大到1.2和級配參數(shù)b從-55.795增大到0.987，級配曲線逐步由雙曲線過渡到反S型，級配曲線（4）（m=0.522，b=0.709）為雙曲線型和反S型的分界。由表5和圖8可見，在含礫量相同時，砂礫料的最大、最小干密度均隨m和b的增大而呈現(xiàn)減小的趨勢，級配曲線呈現(xiàn)雙曲線型（m=0.01～0.522，b=-55.795～0.709）時砂礫料的壓實(shí)特性要優(yōu)于呈現(xiàn)反S型時（m=0.522～1.2，b=-0.709～0987）。即在P—d平面上，隨顆粒級配曲線傾斜程度的增大，砂礫料壓實(shí)性變差；隨級配參數(shù)b的增大，顆粒級配曲線形狀從雙曲線型逐漸過渡到反S型，砂礫料的壓實(shí)性變差。

圖8 干密度隨級配參數(shù)m和b的變化

圖9 干密度隨不均勻系數(shù)Cu和曲率系數(shù)Cc的變化

同樣，也可以繪出最大、最小干密度隨曲率系數(shù)和不均勻系數(shù)的變化趨勢，見圖9所示。由圖9可知，最大粒徑和含礫量相同時，砂礫料的最大、最小干密度隨不均勻系數(shù)的增大先增大后減小，隨曲率系數(shù)的增大而減小，逐漸趨于穩(wěn)定。圖10給出了最大粒徑和含礫量相同時，砂礫料最大、最小干密度隨控制粒徑的變化趨勢。由圖10可見，隨控制粒徑的增大，砂礫料最大、最小干密度先增大，在控制粒徑為100 mm附近達(dá)到最大值，之后有所減小。

圖10 干密度隨控制粒徑的變化關(guān)系

由表4可見，級配（1）—（3）為級配不良砂礫料，級配（4）—（7）為級配良好砂礫料。從一般的理解上，級配良好的砂礫料具有更好的壓實(shí)性能，但從試驗(yàn)結(jié)果來看，傳統(tǒng)概念上的級配不良砂礫料具有更好的壓實(shí)性能。這一點(diǎn)可以采用Fuller等[23]的研究進(jìn)行解釋。

Fuller等[23]根據(jù)試驗(yàn)提出顆粒級配曲線越接近式（4）所示的拋物線時，其壓實(shí)密度越大，式（4）即為最大密度曲線，繪于圖4。

式中：P為粒徑d的顆粒百分含量；dmax為最大粒徑。

由圖4可見，級配（1）—（7）距離最大密度曲線越來越遠(yuǎn)。因此，在含礫量一定的條件下，采用不均勻系數(shù)和曲率系數(shù)來反映砂礫料的級配優(yōu)劣存在不足，難以準(zhǔn)確反映砂礫料的壓實(shí)特性。

從這些研究結(jié)果看，雖然顆粒級配曲線是土的最基礎(chǔ)的物理性質(zhì)之一，但對顆粒級配曲線的認(rèn)識，很大程度上仍然是定性的，傳統(tǒng)上采用不均勻系數(shù)和曲率系數(shù)對顆粒級配的描述，是較為粗略的。進(jìn)一步開展顆粒級配的描述方法研究，采用更為準(zhǔn)確的定量化的級配描述方法，進(jìn)而開展相關(guān)的物理力學(xué)指標(biāo)評價是十分必要的，朱俊高等[19-22]的研究具有重要的理論意義和工程實(shí)用價值。

3.2 最大粒徑對填筑標(biāo)準(zhǔn)的影響將含礫量相同，不同最大粒徑設(shè)計(jì)級配獲得的最大、最小干密度與最大粒徑和b的關(guān)系繪制于圖11。由圖11可見，含礫量和級配參數(shù)m相同時，隨最大粒徑dmax和級配參數(shù)b的增大，砂礫料最大、最小干密度似呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢。朱俊高等[1]的研究表明，對于同一個原型級配堆石料，采用等量替代法、相似級配法或混合法縮尺后，同一種方法得到的不同最大粒徑的縮尺級配料，縮尺后最大、最小干密度隨最大粒徑的增大呈現(xiàn)增大的趨勢。但采用剔除法時，最大、最小干密度隨最大粒徑的增大似呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢，這種規(guī)律尚需要進(jìn)一步研究確認(rèn)。

3.3 討論對于級配特征的影響，本文的研究初步表明，即便含礫量和最大粒徑相同，不同級配參數(shù)（b、m，或Cu、Cc）條件下的級配線的最大干密度可能會有明顯的差異，本文設(shè)計(jì)級配線對應(yīng)最大干密度的差異最大達(dá)到0.199，這種差異足以改變施工質(zhì)量檢測評價的結(jié)論。對于最大粒徑的影響，本文的研究初步表明，在含礫量相同時，隨最大粒徑dmax的增大，砂礫料最大、最小干密度似呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢。但應(yīng)注意的是，現(xiàn)場試驗(yàn)影響因素眾多，試驗(yàn)結(jié)果往往會有較大的離散性，且本次不同最大粒徑之間級配特征差異性不夠顯著，此次試驗(yàn)雖然最大、最小干密度隨最大粒徑的不同呈現(xiàn)了一定的差異，但其影響相對較小，僅依靠現(xiàn)有的試驗(yàn)成果，尚不足以確定最大粒徑的影響，還需要進(jìn)一步研究論證。

圖11 干密度隨最大粒徑dmax和級配參數(shù)b的變化

砂礫料的填筑標(biāo)準(zhǔn)具有級配相關(guān)性，在砂礫料筑壩施工質(zhì)量控制中，目前僅以含礫量來表征級配對碾壓干密度的影響，未考慮含礫量相同而級配形狀和最大粒徑不同對砂礫料填筑標(biāo)準(zhǔn)的影響。而在實(shí)際工程中，上壩砂礫料填筑施工碾壓時，可能會由于上壩砂礫料不滿足設(shè)計(jì)級配要求或砂礫料攤鋪發(fā)生粗細(xì)分離的情況，相應(yīng)的在實(shí)際的施工質(zhì)量檢測中，可能會出現(xiàn)P5含量相同，而級配特征不同或最大粒徑不同的情形。本文研究表明，在相同含礫量下，包括級配形狀、最大粒徑等均對砂礫料最大、最小干密度有一定影響。因此，單純采用含礫量來表征級配特征，進(jìn)而據(jù)此確定相應(yīng)級配下的最大、最小干密度進(jìn)行填筑質(zhì)量檢測評估，可能會得出與實(shí)際不符的評估結(jié)論。在實(shí)際施工質(zhì)量檢測中，建議結(jié)合級配曲線形狀和最大粒徑，對采用含礫量確定相應(yīng)級配條件下的最大、最小干密度的代表性進(jìn)行判斷，相應(yīng)的在采用現(xiàn)場密度桶法確定級配包線范圍內(nèi)砂礫料最大、最小干密度時，建議適當(dāng)考察級配特征和最大粒徑對試驗(yàn)結(jié)果的影響。

傳統(tǒng)的對級配好壞的描述采用不均勻系數(shù)和曲率系數(shù)來表述。對于粒徑級配連續(xù)的土，不均勻系數(shù)Cu越大，曲線越平緩，表示土的粒組變化的范圍寬，土中有許多粗細(xì)不同的粒組。將Cu大于5的土稱為不均勻土，反之則稱為均勻土，不均勻土經(jīng)壓實(shí)后更容易得出較高的密度和較好的力學(xué)性能。土的顆粒級配曲線的斜率是否連續(xù)則采用曲率系數(shù)來表示，經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)級配連續(xù)時，土的曲率系數(shù)Cu通常為1～3，當(dāng)Cu小于1或Cu大于3時，通常表示級配不連續(xù)。在相同的壓實(shí)條件下，級配連續(xù)的土往往能夠獲得較級配不連續(xù)的土更大的密度和更好的力學(xué)性能。在工程上，常將級配連續(xù)（Cc=1～3）的不均勻土（Cu大于5）稱為級配良好土，將不能滿足上述條件的土稱為級配不良土。從表4可知，級配（1）—（3）為級配不良砂礫料，級配（4）—（8）為級配良好砂礫料。按照傳統(tǒng)的概念，級配（4）—（7）能夠獲得更大的壓實(shí)干密度。但試驗(yàn)結(jié)果表明，在含礫量和最大粒徑相同，壓實(shí)條件相同時，傳統(tǒng)概念上的級配不良砂礫料獲得的壓實(shí)干密度比級配良好砂礫料更大，級配不良砂礫料表現(xiàn)出了更好的壓實(shí)性能。初步說明采用不均勻系數(shù)和曲率系數(shù)對砂礫料級配的描述僅是一種經(jīng)驗(yàn)性的定性描述方法，既不能實(shí)現(xiàn)P—d平面內(nèi)對不同級配的全覆蓋定量描述，也難以據(jù)此準(zhǔn)確反映砂礫料的壓實(shí)特性及可能的力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)的好壞。傳統(tǒng)的以不均勻系數(shù)和曲率系數(shù)界定的級配不良或級配良好評價砂礫料壓實(shí)特性的方法，還需要在壓實(shí)機(jī)理研究基礎(chǔ)上，開展更深入的工作論證其合理性。

4 結(jié)論

砂礫料的填筑標(biāo)準(zhǔn)具有級配相關(guān)性，在砂礫料筑壩施工質(zhì)量控制中，目前僅以含礫量來表征級配對碾壓干密度的影響，未考慮含礫量相同而級配形狀和最大粒徑不同對砂礫料填筑標(biāo)準(zhǔn)的影響。為了評估目前單一依靠含礫量來代表級配特征對干密度的影響的合理性，本文設(shè)計(jì)了含礫量相同而級配曲線形狀和最大粒徑不同的兩組級配曲線，并結(jié)合實(shí)際施工振動碾壓條件，通過現(xiàn)場大型密度桶法，研究了含礫量相同時不同級配形狀特征和最大粒徑對原級配筑壩砂礫料填筑標(biāo)準(zhǔn)的影響。

（1）在含礫量和最大粒徑相同時，砂礫料的級配特征對其壓實(shí)特性有明顯的影響。在P—d平面上，從最優(yōu)級配線起，隨級配參數(shù)m和b的增大，顆粒級配曲線形狀從雙曲線型逐漸過渡到反S型，其對應(yīng)最大、最小干密度均呈現(xiàn)減小的趨勢，壓實(shí)性變差，級配曲線呈現(xiàn)雙曲線型（m=0.01～0.522，b=-55.795～0.709）時砂礫料的壓實(shí)特性要優(yōu)于呈現(xiàn)反S型時（m=0.522～1.2，b=-0.709～0.987）。

（2）隨不均勻系數(shù)Cu的增大，砂礫料的最大、最小干密度先增大后減?。浑S曲率系數(shù)的增大，砂礫料的最大、最小干密度逐漸減小并趨于穩(wěn)定；隨控制粒徑的增大，砂礫料最大最小干密度先增大，在控制粒徑為100 mm附近達(dá)到最大值，之后有所減小。采用不均勻系數(shù)和曲率系數(shù)反映砂礫料的級配優(yōu)劣是經(jīng)驗(yàn)性的定性描述方法，在特定條件下難以準(zhǔn)確反映砂礫料的壓實(shí)特性。

（3）在含礫量相同時，不同級配特征、不同最大粒徑的砂礫料的最大、最小干密度是不同的。即級配特征和最大粒徑對筑壩砂礫料填筑標(biāo)準(zhǔn)的確定有一定影響。目前在砂礫石壩施工質(zhì)量檢測中，僅以含礫量來表征級配對碾壓干密度的影響進(jìn)行填筑質(zhì)量檢測的方法，未考慮含礫量相同而級配形狀和最大粒徑不同對砂礫料填筑標(biāo)準(zhǔn)的影響，可能會得出與實(shí)際不符的質(zhì)量檢測評估結(jié)論。建議在進(jìn)一步深入研究基礎(chǔ)上，結(jié)合具體工程，對級配特征和最大粒徑對筑壩填筑標(biāo)準(zhǔn)影響的敏感性及對施工質(zhì)量控制帶來的影響進(jìn)行評估。