碾压混凝土坝施工成层宏细观机理及层间结合质量实时控制研究

The interface bonding quality issue which is caused by the unique construction method of successive thin layers compaction, is one important factor affecting structure safety of roller-compacted concrete (RCC) dam. How to quantitatively explain the formation mechanism of weak interfaces from the perspective of construction control, and how to further make timely and reasonable adjustment of construction parameters according to variable situations at the jobsite, are key scientific problems needed to be resolved for ensuring the interface bonding quality of RCC dam. Using the developed adjustable rolling-simulator instrument and the smart aggregate technology, this project will study the macro-meso mechanism of construction-induced interfaces, propose a real-time monitoring bonding quality index and its corresponding control criterion to characterize the comprehensive effect of compaction parameters, mixture workability (construction Vebe Value), interval time, environmental temperature and lower surface maturity, and put forward a fast assessment and real-time control method, finally, develop a corresponding monitoring system. The study can overcome the limitation of the conventional practice which usually concentrates quality control on RCC body rather than bonding interfaces. It can provide a new way, namely "real-time monitoring - fast assessment - timely adjustment" mode, for dam interfaces quality control under the complicated construction situations, and will result in strong technical guarantee for lean construction and long-term safety operation of high RCC dams in China.

碾压混凝土（RCC）坝特有的大仓面分层施工带来的层间结合质量问题是影响大坝结构安全的重要原因。如何从施工控制的角度定量解释坝块层间弱面形成的机制，进而如何针对现场施工多变情况、适时合理地调整施工工艺参数，是保证大坝施工层间结合质量所需解决的重要科学问题。利用自研的大型可调式碾压模拟装置和智能骨料技术，深入研究碾压混凝土坝施工成层的宏细观机理，提出一种能表征碾压参数、坝料可碾性（入仓VC值）、层间间隔时间、仓面环境温度和下层成熟度等众多施工因素综合作用的层面压实监控指标及其控制标准，提出层面结合质量的快速评估与实时控制方法，并研制开发相应系统，可避免工程实践中往往注重RCC本体压实质量而不易控制层间结合质量的局限性，为复杂现场施工条件下大坝层间结合质量的“实时监测-快速评估-反馈调整”提供一条新的途径，亦可为我国高RCC坝的精益建造与长期安全运行提供强有力的技术保障。

碾压混凝土坝层间结合质量问题是影响大坝结构安全的重要原因。如何从施工控制角度定量解释坝块层间弱面形成的机制，进而如何针对现场施工多变情况、适时合理地调整施工工艺参数，是保证大坝施工层间结合质量所需解决的重要科学问题。本项目深入开展碾压混凝土坝施工成层宏细观机理及层间结合质量实时控制研究，主要创新性工作如下：. （1）研制了多参数可调式RCC碾压模拟试验装置，解决了振动压实成型试验无法真实反映实际碾压过程，以及小型碾存在碾轮缩尺效应的不足；提出了RCC坝料分层施工过程的离散元模拟方法和RCC成型含层面芯样抗剪试验细观模拟方法，分析了不同碾压参数对RCC层间骨料嵌入、上层坝料压实特性、坝料层间应力变化、层间结合质量的影响，从细观角度揭示了RCC施工成层特性及成层机理。. （2）研制开发了适用于RCC的智能骨料技术，实现了真实骨料形状、等效比重和瞬时接触刚度的模拟；提出了基于经验模态分解和Tikhonov正则化的加速度求解沉降位移方法，为跟踪振动压实过程中层间骨料嵌入及微小运动提供了有效的途径。基于RCC智能骨料技术，建立了层间骨料嵌入值与坝料VC值、层间间隔时间、压重块质量和振动时间的定量关系，从骨料嵌入的角度解释了RCC层间结合的机理。. （3）提出了考虑VC值的改进单位面积压实功指标，分析了该指标与RCC坝料层间结合质量的量化关系，给出了基于单位压实功的RCC压实及层面结合质量评估模型，以及现场VC值多变情况下碾压参数的实时控制标准确定方法。同时，给出了适用于RCC坝料压实质量实时监测的多个改进指标，结合实际工程开发了相应系统，实现了全工作面任意位置处的RCC坝料压实质量快速评估与实时监控。. 本项目成果可为复杂现场施工条件下RCC坝层间结合质量的“实时监测-快速评估-反馈调整”提供一条新的途径。这对提升碾压混凝土坝建设管理的精细化水平，确保大坝施工质量有着十分重要的作用，亦可为我国高RCC坝的精益建造与长期安全运行提供强有力的技术保障。. 本项目发表论文8篇，其中SCI/EI收录6篇；培养博士生4名，硕士生5名；申请发明专利3项；成果参与获中国大坝工程学会科技进步特等奖1项。