碾压混凝土拱坝诱导缝开裂试验研究

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1、水利学报2004年5月SHUILIXUEBAO第5期文章编号0559-9350(2004)05-0099-07碾压混凝土拱坝诱导缝开裂试验研究刘海成吴智敏宋玉普(大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室辽宁大连116024)摘要通过多组由深埋椭圆裂缝深埋矩形裂缝和穿透裂缝3种型式形成不同削弱度的碾压混凝土试件轴拉试验研究了试件的应力强度因子分析了不同裂缝的应力强度因子计算公式由于试件的断裂韧度与裂缝形式无关假设深埋矩形预留缝试件的应力强度因子可以由深埋椭圆预留缝或穿透预留缝试件的应力强度因子通过修正求得建立了矩形预留缝试件应力强度因子的近似解析表达式考虑了尺寸效应后求得碾压混凝土材料

2、的断裂韧度根据碾压混凝土拱坝诱导缝的构造特点并考虑了相邻缝的影响计算出诱导缝开裂的等效强度这一结果应用于沙牌碾压混凝土拱坝开裂计算的三维非线性应力场仿真计算中关键词碾压混凝土拱坝诱导缝应力强度因子断裂韧度等效强度中图分类号TV642.2TV313文献标识码A碾压混凝土拱坝的核心问题是温度应力问题由于采用连续通仓碾压施工方法大坝上升速度快混凝土水化热来不及散发坝体温度在施工期和运行期冷却到稳定温度场的过程中会出现较大拉应力温度裂缝问题十分突出为防止坝体产生无序裂缝在整体连续上升的坝体中设置诱导缝人为地构造薄弱面以期当坝体温度下降时诱导缝所在的薄弱断面率先拉开达到消散坝体应力控制裂缝发展

3、的目的诱导缝能否充分发挥作用一方面取决于诱导缝的开裂条件另一方面取决于诱导缝所在坝面的应力状态在八五攻关期间针对普定龙滩等碾压混凝土拱坝重力坝分别进行了碾压混凝土层间抗剪特性本构模型断裂参数等研究九五攻关期间针对沙牌碾压混凝土拱坝碾压混凝土拱坝诱导缝与横缝的布置问题作为一个专门研究的子课题清华大学曾昭扬教授采用线弹性断裂力学(LEFM)方法计算了裂缝开始失稳扩展时诱导缝断面的远场应力并将此远场应力作为诱导缝的等效强度建立了等效[1]强度与断裂能面积削弱率的函数关系大连理工大学黄达海博士将诱导缝在稳定扩展中断裂过程区的[2]应力分布与相应的变形(张开度)联系起来建立了等效强度与起裂韧度

4、裂缝扩展长度的函数关系文献[1]是将内部矩形诱导缝简化为穿透裂缝计算文献[2]是将内部矩形诱导缝简化为椭圆裂缝计算穿透裂缝和椭圆裂缝假定到底有多大误差需通过试验验证并且此种简化过程中由于对一些影响的忽略使得通过简化以后求得的应力强度因子与实际情况有偏差文献[3]作了碾压混凝土穿透型诱导缝等效强度和断裂试验研究本文通过多组不同削弱度的深埋椭圆裂缝深埋矩形裂缝穿透裂缝3种形式的碾压混凝土试件轴拉试验结果来分析深埋矩形裂缝的应力强度因子的计算公式进而求得碾压混凝土试件的断裂韧度并考虑尺寸效应得到能用于碾压混凝土拱坝诱导缝开裂分析的断裂韧度和等效强度1碾压混凝土轴拉试验1.1试验简介收稿日期

5、2003-04-03基金项目国家自然科学基金资助项目(50179002)作者简介刘海成(1972-)男黑龙江望奎人博士生主要从事工程结构试验与数值分析研究1水利学报2004年5月SHUILIXUEBAO第5期#1.1.1原材料的基本情况水泥采用大连水泥厂生产的普通硅酸盐425水泥粉煤灰采用大连华能热电厂生产的国家二级粉煤灰砂子为河砂细度模数2.62.8石灰岩石子粒径为520mm外加剂为DK-5混凝土低引气高效减水剂采用配合比如表1所示3表1碾压混凝土配合比(单位kg/m)水水泥粉煤灰砂石子外加剂%1301349080512800.751.1.2试件的制作试件采用钢模板平板振捣器碾压成

6、型预留缝为使用塑料薄膜包裹的双铁片相对组成试件尺寸均为LWt=550mm150mm150mm按照预留缝的不同形状把试件分为3类每类按预留缝形状相同但尺寸不同分为4组每组至少3个试件共36个试件详细情况见表2表3表2深埋椭圆形预留缝穿透型预留缝试件的裂缝尖端应力强度因子预留缝尺寸max/Mpa3/2预留缝类型削弱度ωPmax/MPa平均值KIC/(MN/m)2c2a/mm平均值XY1701000.26938.211.700.470椭圆形XY2651000.22740.211.790.457预留缝XY360900.18842.821.900.486XY455850.16343.061.9

7、10.459XC1511500.34232.201.430.436穿透形XC243.41500.28935.981.600.440预留缝XC3361500.24040.121.780.4384XC431.21500.20844.952.000.456701500.4671.440.455穿透形651500.4331.570.455预留缝601500.4001.790.455551500.3671.870.455表3深埋矩形预留缝试件修正系数预留缝尺寸Pma