岩基上重力坝坝踵断裂准则与尺寸效应试验分析——基于无网格法计算和模型试验

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1、西安理工大学硕士学位论文Thedamspecimensofdifferentscalesareusedinthestudyofthedimensionaleffectondimensionlessfactorsofstressintensityandfracturetoughness．Theseresultscanbeappliedtoanalyzeincipientfractureingravitydamheelzone．KEYWORDS：Rock；Concrete；V—notch；fracturecriterion：dimensionaleffectnl独创性声明秉承祖国优

2、良道德传统和学校的严谨学风郑重申明：本人所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人的研究成果。与我一同工作的同志对本文所研究的工作和成果的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并己致谢。本论文及其相关资料若有不实之处，由本人承担一切相关责任论文作者签名：煎亟。g年3月移日学位论文使用授权声明本人．：醴篮在导师的指导下创作完成毕业论文。本人已通过论文的答辩，并已经在西安理工大学申请博士／硕士学位。本人作为学位论文著作权拥有者，同意授权西安理工大学拥有学位论文的部分使用权，即：1)已获学位的研究生按学校规定

3、提交印刷版和电子版学位论文，学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存研究生上交的学位论文，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索；2)为教学和科研目的，学校可以将公开的学位论文或解密后的学位论文作为资料在图书馆、资料室等场所或在校园网上供校内师生阅读、浏览。本人学位论文全部或部分内容的公布(包括刊登)授权西安理工大学研究生部办理。(保密的学位论文在解密后，适用本授权说明)论文作者签名：二受羹r二导师签名：g年3FJ工)日I绪论1绪论1．1选题背景在我国，大型水电站已经日益增多。随着时间的推移，这些坝的病害也愈来愈多。目前我国混凝土坝的主要病害有裂缝、渗漏溶蚀，冻融

4、破坏、冲磨空蚀破坏等等，而其中最主要最普遍的病害是裂缝。引起混凝土裂缝的原因是多种多样的，诸如荷载，水泥水化热，温度变化，地基变形等，对于大体积混凝土坝来说裂缝发生的部位和原因也各不相同。作为主要大坝形式之一的重力坝，其坝踵处的断裂问题一直是研究的热点问题。重力坝是通过其结构自重来稳定自身的坝型，并且靠坝体自重所产生的压应力抵消了水压力所引起的拉应力，以这种方法来满足强度要求。对于坝踵应力场分析通常都是采用材料力学的方法。但是，采用传统的材料力学设计理论并没有考虑坝体与坝基相互作用，所以材料力学的方法来分析坝踵应力场是无法符合实际状态下的重力坝坝踵情况，在这种情况下引入了断裂力

5、学，而将断裂力学作为一种有用的新工具来研究分析重力坝坝踵应力场是十分必须的。对于建于基面上的坝踵处一般都可视为V形切口问题来研究。按线弹性断裂力学分析，直边切口根部曲率半径为O的V形切口尖端处是一个应力奇点，类似于裂缝问题。可以定义一个关于V形切口问题的应力强度因子，用以代表切口尖端附近的应力场强弱。这样就可以通过某一计算方法求得V形切口试件的应力强度因子，并且通过试验手段测得材料关于V形切口的断裂韧度，当在应力强度因子和材料的断裂韧度之间建立定量关系，就可用这种关系对V形切口问题进行进一步的断裂分析，以达到对重力坝坝踵初裂问题进一步研究。于是，研究的重力坝坝踵的断裂问题其主要

6、需要解决的就是变为这几个方面，其一是切口处的损伤变量、损伤演变方法及损伤本构的确定及计算方法；其二是如何计算切口及开裂后裂缝尖端附近的应力场分布或应力强度因子；其三是测定V形切口和裂缝的断裂韧度或建立其断裂准则。在理论计算应力强度因子趋于成熟的基础上，用试验的方法求得混凝土重力坝坝踵处断裂准则成为了致关重要的一点，国内研究学者进行y形切口断裂试验，多采用梁式试件三点弯曲，四点剪切为主，梁式试件的受荷形式和约束条件都与重力坝相差巨大，而本论文拟在利用无网格这种新兴数值计算方法计算出重力坝坝踵应力场的基础上，结合用类坝形试件进行模型试验，即岩基材料为岩石，坝体材料为混凝土，这种模型

7、试验显然更接近工程实际，通过试验得到坝体断裂时的坝基交界面处断裂韧度及临界断裂曲线，并且建立断裂准则，而且拟研究当坝形试件高度不同时对应的断裂韧度及无量纲应力强度因子的尺寸效应。最终得到的断裂准则可用于混凝土重力坝的断裂分析，这正是本论文选题的意义所在。而其结果对混凝土结构物的设计和分析方法，其中包括重力坝剖面的设计原则、坝的稳定性分析都有很重要的意义。1西安理工大擘硕士学位论文1．2国内重力坝坝踵断裂准则试验研究现状因为试验条件限制，在国内外研究混凝土韧度的试验，大多都是以梁式构件来进行混