A Review of Downscaling Methods for Coarse Granular Soil and Their Effectiveness

PAN Jia-jun; SUN Xiang-jun

doi:10.11988/ckyyb.20230661

PDF(6938 KB)

Journal of Changjiang River Scientific Research Institute ›› 2023, Vol. 40 ›› Issue (11) : 1-8. DOI: 10.11988/ckyyb.20230661

Special Contribution

A Review of Downscaling Methods for Coarse Granular Soil and Their Effectiveness

PAN Jia-jun, SUN Xiang-jun

Author information +

History +

Abstract

Coarse-grained soil, the primary material used in the filling of earth-rock dams, consists of particles with a maximum size reaching meter-level. However, indoor tests only allow for downscaled samples. Shrinking the scale while ensuring that the indoor test results accurately reflect the mechanical characteristics of the actual material has always been a challenge in the research of earth-rock dams. Despite significant progress in the research of downscaling methods for coarse-grained soil and their effectiveness in recent years, disagreements still exist in some specific aspects. We made a comprehensive summary and analysis of the existing methods for downscaling coarse-grained soil, as well as the boundary effects and scale effects in sample testing. Scholars in Changjiang River Scientific Research Institute present a method of downscaling coarse-grained soil by determining the density of specimens according to pressuremeter modulus equivalent to that of the actual material, which is called the method of “Equivalent Pressuremeter Modulus to Determine Density”. We further elucidate the relationship between equivalent pressuremeter modulus and consistency in mechanical properties, and expound the theoretical foundation of this method,providing technical support for researching the downscale methods for coarse granular soil.

Key words

coarse granular soil / grade scaling / control standards for degree of compaction / boundary size effect / equivalent density method based on pressuremeter modulus

Cite this article

EndNote

Ris (Procite)

Bibtex

Download Citations

PAN Jia-jun, SUN Xiang-jun. A Review of Downscaling Methods for Coarse Granular Soil and Their Effectiveness[J]. Journal of Changjiang River Scientific Research Institute. 2023, 40(11): 1-8 https://doi.org/10.11988/ckyyb.20230661

References

[1] GB/T 50123—2019,土工试验方法标准[S]. 北京:中国计划出版社, 2019.
[2] VARADARAJAN A, SHARMA K G, ABBAS S M, et al. Constitutive Model for Rockfill Materials and Determination of Material Constants[J]. International Journal of Geomechanics, 2006, 6(4): 226-237.
[3] 周伟, 马刚, 刘嘉英, 等. 高堆石坝筑坝材料宏细观变形分析研究进展[J]. 中国科学: 技术科学, 2018, 48(10): 1068-1080.
[4] 朱晟, 王永明, 翁厚洋. 粗粒筑坝材料密实度的缩尺效应研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2011, 30(2): 348-357.
[5] 朱俊高, 郭万里, 王元龙, 等. 连续级配土的级配方程及其适用性研究[J]. 岩土工程学报, 2015, 37(10): 1931-1936.
[6] 郭万里, 朱俊高, 温彦锋. 对粗粒料4种级配缩尺方法的统一解释[J]. 岩土工程学报, 2016, 38(8): 1473-1480.
[7] 朱晟, 张露澄. 连续分布超径粗粒土的级配缩尺方法与适用条件[J]. 岩石力学与工程学报, 2019, 38(9): 1895-1904.
[8] 朱崇辉, 严宝文, 刘俊民, 等. 超粒径粗粒土最大干密度试验研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2007,26(增刊2): 4090-4094.
[9] 朱俊高, 翁厚洋, 吴晓铭, 等. 粗粒料级配缩尺后压实密度试验研究[J]. 岩土力学, 2010, 31(8): 2394-2398.
[10] 左永振, 张伟, 潘家军, 等. 粗粒料级配缩尺方法对其最大干密度的影响研究[J]. 岩土力学, 2015, 36(增刊1): 417-422.
[11] 田树玉, 史彦文. 测定粗粒料最大密度之HUMPHREY公式的校正[J]. 水力发电学报, 1994,13(1): 28-34.
[12] 朱晟, 王京, 钟春欣, 等. 堆石料干密度缩尺效应与制样标准研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2019, 38(5): 1073-1080.
[13] 赵娜, 左永振, 王占彬, 等. 基于分形理论的粗粒料级配缩尺方法研究[J]. 岩土力学, 2016, 37(12): 3513-3519.
[14] 翁厚洋, 景卫华, 李永红, 等. 粗粒料缩尺效应影响因素分析[J]. 水资源与水工程学报, 2009, 20(3): 25-28, 34.
[15] 曹敏, 范逸峰, 武利强. 粗粒料干密度缩尺效应规律及影响因素分析[J]. 水电能源科学, 2017, 35(10): 120-122.
[16] 肖志威. 粗粒料强度与变形特性的缩尺效应试验研究[D]. 武汉: raybet体育在线 , 2019.
[17] 朱晟, 宁志远, 钟春欣, 等. 考虑级配效应的堆石料颗粒破碎与变形特性研究[J]. 水利学报, 2018, 49(7): 849-857.
[18] 武利强, 朱晟, 章晓桦, 等. 粗粒料试验缩尺效应的分析研究[J]. 岩土力学, 2016, 37(8): 2187-2197.
[19] MARACHI N D. Strength and Deformation Characteristics of Rockfill Materials[D]. Berkeley: University of California, 1969.
[20] D7181, Consolidated Drained Triaxial Compression Test for Soils[S]. West Conshohocken, PA: ASTM, 2011.
[21] HOLTZ W G, GIBBS H J. Triaxial Shear Tests on Pervious Gravelly Soils[J]. Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division, 1956, 82(1): 1-22.
[22] 孔宪京, 刘京茂, 邹德高. 堆石料尺寸效应研究面临的问题及多尺度三轴试验平台[J]. 岩土工程学报, 2016, 38(11): 1941-1947.
[23] 傅华, 韩华强, 凌华. 堆石料级配缩尺方法对其室内试验结果的影响[J]. 岩土力学, 2012, 33(9): 2645-2649.
[24] 蒋明杰, 朱俊高, 张小勇, 等. 缩尺效应对粗颗粒土静止侧压力系数影响规律试验[J]. 工程科学与技术, 2023, 55(2): 259-266.
[25] 蒋明杰, 吉恩跃, 王天成, 等. 粗粒土抗剪强度的缩尺效应规律试验研究[J]. 岩土工程学报, 2023, 45(4): 855-861.
[26] 汪小刚. 高土石坝几个问题探讨[J]. 岩土工程学报, 2018, 40(2): 203-222.
[27] 张延亿, 汪小刚, 邓刚, 等. 级配缩尺对堆石压缩特性影响试验研究[J]. 水利水电技术, 2017, 48(7): 116-122.
[28] 郦能惠, 朱铁, 米占宽. 小浪底坝过渡料的强度与变形特性及缩尺效应[J]. 水电能源科学, 2001, 19(2): 39-42.
[29] 李翀, 何昌荣, 王琛, 等. 粗粒料大型三轴试验的尺寸效应研究[J]. 岩土力学,2008,29(增刊1):563-566.
[30] 凌华, 殷宗泽, 朱俊高, 等. 堆石料强度的缩尺效应试验研究[J]. 河海大学学报(自然科学版), 2011, 39(5): 540-544.
[31] 胡哲, 朱俊高, 余挺, 等. 粗颗粒土级配混合法缩尺后力学性质变化规律研究[J]. 能源与环保, 2017, 39(9): 37-41, 46.
[32] 田鑫. 考虑颗粒破碎的土石混合体大型直剪试验缩尺效应研究[D]. 重庆: 重庆大学, 2020.
[33] 张振, 王敬勇, 吉锋, 等. 冰碛体力学性质的研究及探讨[J]. 人民黄河, 2017, 39(1): 106-109.
[34] 杨少博, 邱珍锋, 王爱国, 等. 考虑缩尺效应对颗粒破碎影响的堆石料临界状态研究[J]. raybet体育在线院报, 2022, 39(2): 122-128.
[35] 孔宪京, 宁凡伟, 刘京茂, 等. 基于超大型三轴仪的堆石料缩尺效应研究[J]. 岩土工程学报, 2019, 41(2): 255-261.
[36] 韩忠龙. 缩尺效应对砂砾土剪胀特性的影响[D]. 大连: 大连理工大学, 2018.
[37] 汪居刚. 考虑缩尺效应的粗粒土湿化变形特性试验研究[D]. 合肥: 合肥工业大学, 2016.
[38] 刘赛朝, 吴鑫磊, 徐卫卫, 等. 堆石料缩尺效应试验研究[J]. 人民长江, 2021, 52(1): 173-176, 217.
[39] 关春洁. 级配不连续粗粒土渗透变形试验缩尺方法研究[J]. 人民长江, 2016, 47(21): 86-89.
[40] 宁凡伟, 孔宪京, 邹德高, 等. 筑坝材料缩尺效应及其对阿尔塔什面板坝变形及应力计算的影响[J]. 岩土工程学报, 2021, 43(2): 263-270.
[41] 聂超. 机场高填方粗颗粒填料蠕变的缩尺效应试验研究[D]. 成都: 成都理工大学, 2018.
[42] 王永明, 朱晟, 任金明, 等. 筑坝粗粒料力学特性的缩尺效应研究[J]. 岩土力学, 2013, 34(6): 1799-1806, 1823.
[43] 马刚, 周伟, 常晓林, 等. 考虑颗粒破碎的堆石体三维随机多面体细观数值模拟[J]. 岩石力学与工程学报, 2011, 30(8): 1671-1682.
[44] 赵婷婷, 周伟, 常晓林, 等. 堆石料缩尺方法的分形特性及缩尺效应研究[J]. 岩土力学, 2015, 36(4): 1093-1101.
[45] 徐琨, 杨启贵, 周伟, 等. 基于可破碎离散元法的堆石料应力变形及剪胀特性缩尺效应研究[J]. 中国农村水利水电, 2022(3): 200-206, 211.
[46] 刘赛朝. 堆石料缩尺效应的试验研究及细观模拟[D]. 邯郸: 河北工程大学, 2020.
[47] 王蕴嘉. 堆石料工后变形特性和尺寸效应的离散元模拟研究[D]. 北京: 清华大学, 2019.
[48] 王乐乐. 筑坝粗粒料力学特性研究及缩尺效应分析[D]. 郑州: 华北水利水电大学, 2021.
[49] 艾啸韬. 高台阶排土场粗粒料的缩尺效应及其边坡稳定性研究[D]. 昆明: 昆明理工大学, 2021.
[50] 朱晟, 梁现培, 冯树荣. 基于现场大型承载试验的原级配筑坝堆石料力学参数反演研究[J]. 岩土工程学报, 2009, 31(7): 1138-1143.
[51] HUNTER G, FELL R. Rockfill Modulus and Settlement of Concrete Face Rockfill Dams[J]. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 2003, 129(10): 909-917.
[52] 程展林, 潘家军, 左永振, 等. 坝基覆盖层工程特性试验新方法研究与应用[J]. 岩土工程学报, 2016, 38(增刊2): 18-23.
[53] 程展林, 潘家军. 土石坝工程领域的若干创新与发展[J]. raybet体育在线院报, 2021, 38(5): 1-10, 16.
[54] 程展林, 丁红顺. 论堆石料力学试验中的不确定性[J]. 岩土工程学报, 2005, 27(10): 1222-1225.
[55] 卢一为, 程展林, 潘家军, 等. 筑坝堆石料力学特性试验等效密度确定方法研究[J]. 岩土工程学报, 2020, 42(增刊1): 75-79.