摘要: 本文提出了一種嶄新的現(xiàn)場(chǎng)快速測(cè)試巖土材料力學(xué)特性的技術(shù)，即落球檢測(cè)技術(shù)。（落球檢測(cè)技術(shù)）。該技術(shù)可以非常迅速簡(jiǎn)便地直接測(cè)試巖土材料的變形模量E 、內(nèi)部摩擦角φ 或粘聚力c ，從而為堆石壩的穩(wěn)定和變形分析提供了直接可靠的參數(shù)。同時(shí)，通過標(biāo)定，測(cè)試得到變形模量E 與干密度之間具有很好的相關(guān)關(guān)系，據(jù)此能間接地求出填筑材料的壓實(shí)度和相對(duì)密度，滿足現(xiàn)行的質(zhì)量控制體系。
關(guān)鍵詞: 堆石壩，落球技術(shù)，變形模量，強(qiáng)度

1 概要

    壩體填筑是堆石壩施工中的重點(diǎn)，是制約工期和決定壩體穩(wěn)定與運(yùn)行安全的關(guān)鍵工序，也是質(zhì)量控制的重要環(huán)節(jié)與關(guān)鍵內(nèi)容。工程上一般通過碾壓來提高壩體的壓實(shí)度，通過現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)試驗(yàn)來控制碾壓質(zhì)量?，F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)試驗(yàn)也是壩體填筑施工質(zhì)量控制的重要手段，通常是通過灌水試坑法，環(huán)刀法，核子水分儀等傳統(tǒng)的手段來測(cè)試填土的壓實(shí)度或含水量。

    但是檢測(cè)的真正目的是判斷填土的工程力學(xué)性質(zhì)，而不僅僅是測(cè)試填土的干密度或含水量，這一點(diǎn)常常在土方工程施工中容易被忽略。相較干密度和含水量而言，填土材料的粘聚力c、內(nèi)摩擦角φ以及變形模量E 能更直觀的反映填土材料的工程力學(xué)性質(zhì)。但如何能在現(xiàn)場(chǎng)直接測(cè)量材料的c、φ值以及E ，這是工程界長(zhǎng)期以來一直努力探索的問題。

    本文作者經(jīng)過長(zhǎng)達(dá)十余年的研究，開發(fā)出的本項(xiàng)技術(shù)則可以很好地解決這個(gè)難題。

2 填筑質(zhì)量控制中常規(guī)測(cè)試手段

    在堆石壩中壓實(shí)度的常用檢測(cè)方法中，灌砂法或環(huán)刀法的優(yōu)點(diǎn)是造價(jià)低，其結(jié)果可作為檢驗(yàn)檢定的裁決依據(jù)；缺點(diǎn)是檢測(cè)比較費(fèi)時(shí)費(fèi)力，難以滿足大規(guī)?，F(xiàn)代化機(jī)械化施工需要。核子密度儀法優(yōu)點(diǎn)是快速便捷，可作為全面施工質(zhì)量統(tǒng)計(jì)學(xué)管理，人為影響因素較??；缺點(diǎn)是在不同土質(zhì)情況需分別作一次現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定，含水量測(cè)量精度偏低。

    然而，這類方法得到的指標(biāo)（干密度等）均為間接指標(biāo)，本身不能直接反映材料或結(jié)構(gòu)的變形和強(qiáng)度特性，必須通過標(biāo)定試驗(yàn)加以換算。當(dāng)材料發(fā)生變化時(shí)，一般需要重新標(biāo)定。同時(shí)，室內(nèi)實(shí)驗(yàn)的條件與現(xiàn)場(chǎng)條件往往有較大的差異。

    關(guān)于堆石壩填筑材料的力學(xué)特性的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)手段，目前最常用的是平板載荷試驗(yàn)，該方法能測(cè)出材料的變形模量E 。但該方法的測(cè)試需要反力裝置，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。值得說明的是，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試填筑材料的強(qiáng)度指標(biāo)c、φ則是一件非常困難的事情。雖然有現(xiàn)場(chǎng)直接剪切、動(dòng)力觸探、十字板剪切試驗(yàn)等方法，但在堆石壩中都會(huì)受到各種局限。

    因此，對(duì)于巖土材料的強(qiáng)度特性，一般都是以干密度為間接指標(biāo)，通過與室內(nèi)實(shí)驗(yàn)的對(duì)比來確定。但是，室內(nèi)的試驗(yàn)對(duì)象在材料的粒徑和壓實(shí)度等方面與現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)差異很大，即使對(duì)相同密度的材料，碾壓條件不同，巖土材料的力學(xué)特性也會(huì)發(fā)生變化。因此，用干密度來推測(cè)材料強(qiáng)度的方法存在著很大的局限性。

3 落球檢測(cè)技術(shù)

3.1 落球技術(shù)簡(jiǎn)介
    落球檢測(cè)技術(shù)[1]就是一種快速準(zhǔn)確地測(cè)試巖土材料的強(qiáng)度及剛性特性的技術(shù)和裝置。采用一種內(nèi)藏有傳感器的半球形剛性下落裝置，通過對(duì)巖土材料的落下沖擊，產(chǎn)生信號(hào)，經(jīng)過信號(hào)放大器將信號(hào)放大后通過A/D 轉(zhuǎn)換卡將信號(hào)傳入帶有專用軟件筆記本電腦，通過筆記本電腦對(duì)信號(hào)的采集與解析，巖土材料的剛性指標(biāo)和強(qiáng)度指標(biāo)就能夠被解析出來。

3.2 檢測(cè)原理概要
    落球檢測(cè)技術(shù)的首先是基于Hertz 沖擊理論[2]，在分析球狀碰撞體的基礎(chǔ)上建立了材料變形特性的測(cè)試方法。同時(shí)，在Vesic 的空洞擴(kuò)張理論[3]的基礎(chǔ)上，我們建立了巖土材料的強(qiáng)度特性測(cè)試?yán)碚?。根?jù)該理論，我們不僅可以測(cè)出材料的c 或φ，還可以求出測(cè)試深度范圍，為施工管理提供明確的信息。