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碾压混凝土诱导缝与层面断裂性能的试验和数值模拟研究

黄志强  
【摘要】:碾压混凝土筑坝技术由于结合了混凝土坝和土石坝的优点,其优越性非常明显,因此在水利工程中得到了广泛的应用,但在碾压混凝土拱坝和重力坝的设计和施工中仍有需要深入研究的内容。目前关于诱导缝等效强度模型的研究还存在一定的问题。对于碾压混凝土重力坝,由于坝高的不断增大,碾压混凝土的层面不断的增多,使得沿着坝体层面的断裂稳定分析变得尤为重要。针对这些问题,结合国家自然科学基金项目《碾压混凝土坝诱导缝断面等效强度研究》,通过试验研究和数值模拟,进行了如下的研究工作: 1 非穿透型诱导缝等效强度 进行了两种形式的非穿透矩形诱导缝碾压混凝土试件轴拉实验。根据轴拉试验结果,建立了双向间隔非穿透矩形诱导缝的应力强度因子的近似解析表达式,得到了断裂参数的修正系数,并利用无限大体深埋椭圆裂缝模型和双参数断裂准则,得到可以用于碾压混凝土拱坝双向间隔诱导缝断裂分析的双参数等效强度。 2 诱导缝布置方式的数值模拟 在诱导缝的预留缝长度、间距变化的情况下,利用材料破坏全过程分析的软件系统MFPA~(2D),模拟在拉剪应力的作用下,诱导缝的开裂、扩展方向以及应力场的变化情况,通过对模拟结果的对比,确定了比较合理的诱导缝布置方式。 3 碾压混凝土层面Ⅰ型断裂特性的试验与数值模拟 通过七种工况的碾压混凝土层面的Ⅰ型断裂试验,得出相应的Ⅰ型断裂参数,并利用MFPA~(2D)系统,从细观的角度对碾压混凝土层面接缝二和层面接缝三等情况的层面Ⅰ型断裂过程进行数值模拟。数值模拟结果与试验结果吻和良好,从试验和数值模拟两个方面,分析比较了不同工况层面的Ⅰ型断裂参数和破坏形态的差异;并且通过对试验测试结果和解析结果的比较得到,利用电测法测得的起裂荷载对于起裂韧度的确定有一定的参考价值。 4 碾压混凝土层面Ⅱ型断裂特性的试验与数值模拟 通过七种工况的碾压混凝土层面的Ⅱ型断裂试验,得出相应的Ⅱ型断裂参数,并利用MFPA~(2D)系统,从细观的角度对碾压混凝土层面接缝二和层面接缝三等情况的层面Ⅱ型断裂过程进行数值模拟。数值模拟结果与试验结果吻和良好。从试验和数值模拟两个方面,分析比较了不同工况层面的Ⅱ型断裂参数和破坏形态的差异。


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