靜水壓力環(huán)境下混凝土裂縫擴(kuò)展與雙K斷裂參數(shù)試驗(yàn)研究.pdf

1、水工混凝土中各種各樣裂縫的存在造成的失事和潰壩問題使得研究靜水壓力下混凝土裂縫擴(kuò)展的研究稱為一重要課題。目前對(duì)于水工混凝土斷裂問題的研究主要包括數(shù)值模擬和試驗(yàn)分析兩大部分。對(duì)于試驗(yàn)確定水工混凝土斷裂情況，由于試驗(yàn)的難度和復(fù)雜性，開展大型水工混凝土結(jié)構(gòu)研究的較少。對(duì)于大型混凝土試件在施工和運(yùn)行期不可避免的裂縫的存在，首先降低了大壩的安全性，隨著水壓增加，水力劈裂的出現(xiàn)，導(dǎo)致最終的失穩(wěn)破壞。這些都說明混凝土壩分析的首要問題是確定已有裂縫是否

2、會(huì)擴(kuò)展，預(yù)測在各種可能條件下的擴(kuò)展路徑以及危險(xiǎn)程度，以便在它們進(jìn)一步擴(kuò)展前采取控制措施。因此，我們借助混凝土斷裂力學(xué)研究水壓下混凝土壩的安全穩(wěn)定性，及時(shí)捕捉、檢測裂縫，準(zhǔn)確測定起裂、擴(kuò)展后的裂紋路徑，以及擴(kuò)展中混凝土壩結(jié)構(gòu)的承載特性等就具有重要的理論意義和參考價(jià)值。針對(duì)以上問題開展了如下工作：
　　 1.采用1150mm×1104mm×200mm的40個(gè)楔入式緊湊拉伸試件進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，并對(duì)成功的22個(gè)試件結(jié)果分別進(jìn)行了分析。實(shí)驗(yàn)分

3、為兩大組，包括無加載水壓試件和四種水壓加載試件。無水壓試件共10個(gè)，根據(jù)約束情況分三組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。水壓加載試件共12個(gè)，分別為0.1MPa-0.4MPa下四種不同水壓下的實(shí)驗(yàn)情況。對(duì)水壓的密封裝置和加載裝置進(jìn)行了詳細(xì)介紹，并對(duì)試驗(yàn)中采取的加載方式進(jìn)行了說明。
　　 2.由于密封裝置與普通混凝土試驗(yàn)的區(qū)別，在水壓力實(shí)驗(yàn)開始之前對(duì)無水壓試性情況進(jìn)行了分析，將試件的橡膠板和鋼板的附加約束作為一整體混凝土進(jìn)行研究，為此對(duì)混凝土固有的材

4、料特性參數(shù)，如抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、彈性模量等進(jìn)行了重新計(jì)算，采用非線性軟化曲線計(jì)算粘聚韌度，其相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行重新推算。采用新參數(shù)下的雙K斷裂理論對(duì)起裂韌度、失穩(wěn)韌度和粘聚韌度進(jìn)行了計(jì)算，并將計(jì)算起裂韌度與實(shí)測起裂韌度進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)二者誤差較小，完全滿足工程需要。
　　 3.對(duì)不同階段裂縫擴(kuò)展長度進(jìn)行了計(jì)算，并與全橋應(yīng)變片測定的值進(jìn)行了比較。由于應(yīng)變片測定裂縫擴(kuò)展的簡便易行，便于操作的特點(diǎn)，一直被廣泛應(yīng)用。采用全橋的方法可以根據(jù)回

5、彎點(diǎn)的位置容易確定裂縫擴(kuò)展的具體長度，克服了半橋連接法中根據(jù)線性非線性的拐點(diǎn)確定的弊端。實(shí)測值與計(jì)算值的比較發(fā)現(xiàn)，實(shí)測的結(jié)果大于計(jì)算值，這是由于裂縫內(nèi)部先出現(xiàn)裂縫的原因，二者的平均誤差不超過6％。由于計(jì)算方法的限制，在水壓混凝土計(jì)算中我們采用實(shí)測的方法確定裂縫的擴(kuò)展長度。
　　 4.采用側(cè)面安裝擴(kuò)散硅壓力傳感器的方法測定了擴(kuò)展裂縫中水壓分布變化規(guī)律，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了二次曲線擬合。其實(shí)驗(yàn)測定結(jié)果與多數(shù)學(xué)者的結(jié)論一致，水前鋒的擴(kuò)展

6、速度滯后于裂縫擴(kuò)展長度，呈楔形水壓遞減分布。通過擬合結(jié)果反算了水壓零點(diǎn)的位置，確定了水壓擴(kuò)展過程的完全曲線。
　　 5.采用雙K斷裂理論對(duì)水壓下的混凝土構(gòu)件進(jìn)行了分析，并與無水壓下相同約束進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)最大荷載的減小隨著水壓的增加逐漸明顯，在水壓增加到0.4MPa時(shí)，其值已小于無水壓的一半，可見水壓的不容忽視作用。為此，將水壓力對(duì)試件的影響計(jì)入水壓的劈裂力計(jì)算其對(duì)裂縫尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子，與機(jī)械荷載對(duì)應(yīng)的裂縫尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子進(jìn)