碾压混凝土坝诱导缝等效强度及层面断裂研究

【摘要】：碾压混凝土筑坝技术结合了混凝土坝和土石坝的优点,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。对于碾压混凝土拱坝,温度裂缝是最大危害之一,为了防止坝体中无序温度裂缝的产生,国内外普遍采用诱导缝这种分缝形式。正确地了解诱导缝所在断面的等效强度、合理设计诱导缝尺寸及留设位置是对施工期坝体温度应力进行准确控制的前提。但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,目前关于碾压混凝土层面的强度特性的研究比较多,而关于碾压混凝土层面断裂问题的研究目前比较少。本文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》,进行了以下研究工作: (1)通过碾压混凝土三点弯曲试验和轴拉试验,对碾压混凝土断裂特性做了初步的研究。通过对碾压混凝土三点弯曲试验结果进行分析,得到了碾压混凝土断裂韧度存在尺寸效应规律的结论,并且其规律与普通混凝土尺寸效应规律相同;通过对不同形式碾压混凝土试件的断裂韧度值进行比较,得到三点弯曲试件名义断裂韧度与高度是它两倍的轴拉试件的名义断裂韧度基本相等的结论;通过碾压混凝土的断裂试验结果与普通混凝土名义断裂韧度尺寸效应公式相结合,得到适用于碾压混凝土的名义断裂韧度尺寸效应公式。在碾压混凝土轴拉试件中埋设不同形式诱导片模拟各种不同形式的诱导缝,并进行了轴拉试验。通过分析各种诱导缝等效强度随诱导缝形式、试件尺寸及面积折减率的变化规律,得到如下结论:对于同尺寸试件,随着面积折减率的降低,等效强度值增加;在面积折减率s相同的情况下,等效强度随着试件尺寸的增加而降低,诱导缝由一片布置改为两片或多片布置对降低等效强度都有比较明显的作用,边缘穿透型诱导缝等效强度小于中心穿透型诱导缝等效强度。 (2)采用多种工况碾压混凝土试件近似模拟碾压混凝土初凝前层面、中间型层面和终凝后层面及本体形式,并用楔入劈拉试件和双边切口受压试件分别进行Ⅰ型和Ⅱ型断裂试验。通过对试验结果进行分析,得到了各种层面形式的断裂韧度的规律,并从细观的角度分析了其中的原因;比较了层面处理方式和间隔时间对于层面断裂性能的影响;并从多个角度对几种层面形式的优劣作了比较。 (3)将碾压混凝土名义断裂韧度的尺寸效应公式与诱导缝的等效强度模型相结合,建立了碾压混凝土诱导缝等效强度模型。根据建立的诱导缝的等效强度模型,进一步得到诱导缝断面强度剩余率的表达式:进而,得到了诱导缝等效强度和断面强度剩余率随缝长和韧强比的变化规律;并比较了单向间隔诱导缝和双向间隔诱导缝的优劣。 (4)用本文建立的碾压混凝土诱导缝等效强度模型计算了沙牌碾压混凝土拱坝诱导缝等效强度,并将其作为诱导缝单元的强度参数应用于大坝施工仿真分析程序,进行了