靜水壓力環(huán)境下混凝土裂縫擴展與雙K斷裂參數(shù)試驗研究.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展的研究稱為一重要課題。目前對于水工混凝土斷裂問題的研究主要包括數(shù)值模擬和試驗分析兩大部分。對于試驗確定水工混凝土斷裂情況，由于試驗的難度和復雜性，開展大型水工混凝土結構研究的較少。對于大型混凝土試件在施工和運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、會擴展，預測在各種可能條件下的擴展路徑以及危險程度，以便在它們進一步擴展前采取控制措施。因此，我們借助混凝土斷裂力學研究水壓下混凝土壩的安全穩(wěn)定性，及時捕捉、檢測裂縫，準確測定起裂、擴展后的裂紋路徑，以及擴展中混凝土壩結構的承載特性等就具有重要的理論意義和參考價值。針對以上問題開展了如下工作：
　　 1.采用1150mm×1104mm×200mm的40個楔入式緊湊拉伸試件進行了實驗，并對成功的22個試件結果分別進行了分析。實驗分

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，根據(jù)約束情況分三組進行實驗分析。水壓加載試件共12個，分別為0.1MPa-0.4MPa下四種不同水壓下的實驗情況。對水壓的密封裝置和加載裝置進行了詳細介紹，并對試驗中采取的加載方式進行了說明。
　　 2.由于密封裝置與普通混凝土試驗的區(qū)別，在水壓力實驗開始之前對無水壓試性情況進行了分析，將試件的橡膠板和鋼板的附加約束作為一整體混凝土進行研究，為此對混凝土固有的材

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

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

6、速度滯后于裂縫擴展長度，呈楔形水壓遞減分布。通過擬合結果反算了水壓零點的位置，確定了水壓擴展過程的完全曲線。
　　 5.采用雙K斷裂理論對水壓下的混凝土構件進行了分析，并與無水壓下相同約束進行了比較，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，其值已小于無水壓的一半，可見水壓的不容忽視作用。為此，將水壓力對試件的影響計入水壓的劈裂力計算其對裂縫尖端的應力強度因子，與機械荷載對應的裂縫尖端的應力強度因子進