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《大连理工大学》 2009年
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静水压力环境下混凝土裂缝扩展与双K断裂参数试验研究

王建敏  
【摘要】: 水工混凝土中各种各样裂缝的存在造成的失事和溃坝问题使得研究静水压力下混凝土裂缝扩展的研究称为一重要课题。目前对于水工混凝土断裂问题的研究主要包括数值模拟和试验分析两大部分。对于试验确定水工混凝土断裂情况,由于试验的难度和复杂性,开展大型水工混凝土结构研究的较少。对于大型混凝土试件在施工和运行期不可避免的裂缝的存在,首先降低了大坝的安全性,随着水压增加,水力劈裂的出现,导致最终的失稳破坏。这些都说明混凝土坝分析的首要问题是确定已有裂缝是否会扩展,预测在各种可能条件下的扩展路径以及危险程度,以便在它们进一步扩展前采取控制措施。因此,我们借助混凝土断裂力学研究水压下混凝土坝的安全稳定性,及时捕捉、检测裂缝,准确测定起裂、扩展后的裂纹路径,以及扩展中混凝土坝结构的承载特性等就具有重要的理论意义和参考价值。针对以上问题开展了如下工作: 1.采用1150mm×1104mm×200mm的40个楔入式紧凑拉伸试件进行了实验,并对成功的22个试件结果分别进行了分析。实验分为两大组,包括无加载水压试件和四种水压加载试件。无水压试件共10个,根据约束情况分三组进行实验分析。水压加载试件共12个,分别为0.1MPa—0.4MPa下四种不同水压下的实验情况。对水压的密封装置和加载装置进行了详细介绍,并对试验中采取的加载方式进行了说明。 2.由于密封装置与普通混凝土试验的区别,在水压力实验开始之前对无水压试件情况进行了分析,将试件的橡胶板和钢板的附加约束作为一整体混凝土进行研究,为此对混凝土固有的材料特性参数,如抗拉强度、抗压强度、弹性模量等进行了重新计算,采用非线性软化曲线计算粘聚韧度,其相应参数进行重新推算。采用新参数下的双K断裂理论对起裂韧度、失稳韧度和粘聚韧度进行了计算,并将计算起裂韧度与实测起裂韧度进行了比较,发现二者误差较小,完全满足工程需要。 3.对不同阶段裂缝扩展长度进行了计算,并与全桥应变片测定的值进行了比较。由于应变片测定裂缝扩展的简便易行,便于操作的特点,一直被广泛应用。采用全桥的方法可以根据回弯点的位置容易确定裂缝扩展的具体长度,克服了半桥连接法中根据线性非线性的拐点确定的弊端。实测值与计算值的比较发现,实测的结果大于计算值,这是由于裂缝内部先出现裂缝的原因,二者的平均误差不超过6%。由于计算方法的限制,在水压混凝土计算中我们采用实测的方法确定裂缝的扩展长度。 4.采用侧面安装扩散硅压力传感器的方法测定了扩展裂缝中水压分布变化规律,并对实验结果进行了二次曲线拟合。其实验测定结果与多数学者的结论一致,水前锋的扩展速度滞后于裂缝扩展长度,呈楔形水压递减分布。通过拟合结果反算了水压零点的位置,确定了水压扩展过程的完全曲线。 5.采用双K断裂理论对水压下的混凝土构件进行了分析,并与无水压下相同约束进行了比较,发现最大荷载的减小随着水压的增加逐渐明显,在水压增加到0.4MPa时,其值已小于无水压的一半,可见水压的不容忽视作用。为此,将水压力对试件的影响计入水压的劈裂力计算其对裂缝尖端的应力强度因子,与机械荷载对应的裂缝尖端的应力强度因子进行叠加,将得到的总体实测起裂韧度与计算起裂韧度进行了比较,二者的最大误差小于10%,满足工程需要,因此也证明双K断裂理论用于分析水工混凝土结构的可行性。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TU528

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
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【参考文献】
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