砼断裂韧性K1c的尺寸效应

通过一系列的砼试件测试砼断裂韧性Ｋ１ｃ的试验结果和大量的有关资料的分析，运用数理统计理论，证明了砼断裂韧性Ｋ１ｃ试验值的正态分布的规律，并论证了影响Ｋ１ｃ的主要因素和次要因素，运用一元回归分析法建立一个忽略所有次要因素的简单适用的砼断裂韧性Ｋ１ｃ的尺寸效应关系式，又对韦伯理论进行推广，另一个理论性较强的Ｋ１ｃ尺寸效应表达式。     

混凝土断裂能尺寸效应的细观方法

本文提出了混凝土断裂能尺寸效应的细观方法。首先，根据混凝土细观结构的边界效应确定主宏观裂缝的分形维数，发现此分形维数随着离边界距离的不同而变化。为了计算这一变分形维数主宏观裂缝的长度，通过延伸分形曲线长度的定义，提出了分形长度与欧几里得长度的微分关系。其次，应用能量等价原理，将混凝土名义断裂能表示成分形断裂能、分形维数、细观结构参数和混凝土试件尺寸的函数。进一步的理论分析表明该名义断裂能的基本力学特征与混凝土宏观实验现象一致。最后，本文的理论预测与一些混凝土实验结果进行了比较，证实了该方法的有效性。     

混凝土断裂韧性K_(1c)的尺寸效应

通过一系列的砼试件测试砼断裂韧性Ｋ１ｃ的试验结果和大量的有关资料的分析，运用数理统计理论，证明了砼断裂韧性Ｋ１ｃ试验值的正态分布的规律，并论证了影响Ｋ１ｃ的主要因素和次要因素。运用一元回归分析法建立一个忽略所有次要因素的简单适用的砼断裂韧性Ｋ１ｃ的尺寸效应关系式，又对韦伯（Ｗｅｉｂｕｌ）理论进行推广，导出一个理论性较强的Ｋ１ｃ尺寸效应表达式。     

边界效应与尺寸效应模型的本质区别及相关设计应用

本文研究了边界效应模型(BEM)与尺寸效应模型(SEM)的本质区别及设计应用功能。研究发现:对于SEM,不同缝高比α的试件须应用4个不同的多参数经验方程,且SEM仅限于试验数据拟合功能。BEM仅有唯一解析解,一方面,可由试验数据拟合确定材料参数——断裂韧度KIC和拉伸强度ft;另一方面,可由已确定的KIC和ft建立描述结构破坏的完整设计曲线。基于BEM,进一步分析了试件到结构变化(尺寸高度W从25到25000 mm),对材料3种破坏模式(ft强度控制、KIC韧度控制、准脆性断裂)的本质影响规律。理论研究表明:对于裂缝非常长和尺寸非常大的结构,已满足线弹性断裂条件,因而无须采用尺寸效应模型。尺寸效应的研究仅可应用于裂缝尖端靠近前边界或者后边界的情况,尺寸效应仅为边界效应的特例。最后,基于W依次为40、93、215和500 mm,α依次为0、0.02、0.075、0.15和0.3的混凝土三点弯曲梁的断裂试验成果,采用BEM系统分析了不同试验数据的组合情况对材料参数KIC和ft确定的影响规律。试验结果分析表明:当试验数据满足一定数量后,从整体数据中任意删去1组或2组数据,采用BEM确定的KIC和ft变化较小而基本一致。由不同尺寸W而相同缝高比α的几何相似试件,或不同缝高比α而相同尺寸W试件的峰值荷载Pmax,都可确定出材料参数KIC和ft。本文所提BEM为解决由小尺寸试件确定无尺寸效应的材料参数,及由材料参数预测实际结构破坏等问题提供了新的思路。     

混凝土断裂能的测试及尺寸效应

在混凝土断裂能的测试中存在两个问题，一是用不同的试验方法得到的断裂能数值不尽相同，二是不同几何尺寸试件存在尺寸效应。本文首先详细讨论了目前广泛使用的几种混凝土断裂能试验方法的优缺点，然后用三点弯曲试验着重探讨了试件尺寸对断裂能的影响，并讨论了尺寸效应的力学机理。     

混凝土断裂能产生尺寸效应的原因探讨

总结了关于混凝土断裂能尺寸效应产生原因的各种观点,并对这些观点进行简要评述。对RILEM的断裂能计算公式和Wecharatana提出的断裂能测算方法进行了详细研究,分析了断裂过程区演变对断裂能计算结果的影响,认为混凝土断裂能产生尺寸效应的原因之一是没有考虑混凝土主裂纹产生之前消耗的能量,并用实验对此观点进行了验证。     

灯泡式水轮机的尺寸效应

对于低水头水轮机,特别是灯泡式水轮机组,准确地确定尺寸效应是非常重要的。虽然精确地测量流量和机组效率,一般来说是不可能的。然而,对模型和原型功率进行比较,即可看出实际尺寸效应的结果与用传统换算公式     

岩石单轴抗压强度优势尺寸及尺寸效应

对中硬岩石和软岩/硬土进行不同尺寸试件的单轴抗压强度试验研究结果表明:中硬岩石破坏形式呈典型脆性劈裂破坏特征,软岩/硬土呈现剪切破坏和部分碎裂破坏形式;无论硬岩还是软岩/硬土,单轴抗压强度的离散性与岩性和试件尺寸密切相关.通过岩石微观机理与宏观特征对其抗压强度尺寸效应进行了分析,提出在工程设计中应考虑岩石的优势尺寸及尺寸效应所带来的强度差异问题,以为工程的经济合理性与安全提供有效支撑.     

大尺寸混凝土试件的断裂韧度

本文采用最大尺寸为１２００ｍｍ×１２００ｍｍ×２００ｍｍ的楔入劈拉混凝土试件进行断裂试验，发现当试件高度达８００ｍｍ时，所测得的断裂韧度ＫＩＣ值与试件尺寸无关．因此线弹性断裂力学可很好地应用于大体积混凝土结构的裂缝稳定性分析．对于像高混凝土坝那样的大体积混凝土结构的裂缝评定问题，可以采用断裂韧度准则．     

重力坝坝体库水气幕相互作用的振动台试验

结合某碾压混凝土重力坝工程,模拟了坝体库水气幕的动力相互作用,振动台模型试验中测试了大坝自振频率、坝面动水压力、坝面加速度和上、下游坝面动应力响应、坝顶位移等,研究了气幕对坝面动水压力、加速度、位移等的影响,并将库水有限元模型的计算结果与模型试验成果进行比较。结果表明,气幕对坝面动水压力及其动力特性均有影响,坝前气幕的良好压缩性能对地震效应有很大的缓冲作用,能降低动水压力和坝体的动应力,改善和提高坝体的抗震性能。     

重力坝断裂数值分析研究

本文研究了预制缝重力坝模型的断裂特性。通过对模型的断裂过程分析表明,在有限元富集技术中引入粘结裂纹模型能够较好地反映模型的承载特性和破坏过程,可以得出与试验结果相一致的荷载响应曲线和裂纹扩展路径。数值方法指出模型试验中采用弹簧拉力计提供附加重力场的局限性。由于拉力计与模型存在联合作用,改变了模型破坏机理和形式,使模型呈现为延性破坏,因而不能反映原型开裂后的实际承载特性。模型试验中附加荷载的施加方式需要改进。     

强地震作用下混凝土重力坝响应特性分析

研究了混凝土重力坝在高强度地震作用下的响应特性,分析了在地震峰值加速度不断增加时坝体屈服区域的发展方向。针对两个典型坝段,运用混凝土塑性损伤模型模拟了其结构的非线性特性。考虑了地震情况下动水压力的作用,通过动力有限元时程分析法计算了不同地震条件下两个坝段的动态响应。计算结果表明:当地震加速度较小时,重力坝只在坝踵区域出现小部分屈服,坝体能正常工作。若提高地震烈度,则局部损伤会纵深发展到达灌浆廊道部位,坝体会形成贯穿上下游的屈服区域并逐渐扩大致使结构失去稳定性。经两个坝段计算结果相互比较,得到了混凝土重力坝在强震作用下的非线性破坏形式,较为真实地反映出坝体的响应。     

土坝水力劈裂的离心模型试验及其分析

本文介绍了深截水槽心墙砂壳坝的离心模型试验及其有限元数值模拟的结果，截水槽两侧的混凝土基座内设有水管。以模拟Ｔｅｔｏｎ坝基岩内裂隙的作用，数值分析用有效应力法，同时采用双屈服面弹塑性模型和损伤断裂模型，分析所得的应力和变形与实测值有一定出入，但两者的基本趋势一致，试验与分析结果均表明，虽然截水槽内拱效应很明显，但无水力劈裂迹象，由此得出结论，深截水槽心墙坝并不见得一定有水力劈裂的危险，流行的总应力     

混凝土断裂能的边界效应

本文从试件边界条件对断裂性能的影响出发,通过局部断裂能在韧带分布的连续光滑曲线假定,给出了真实的混凝土断裂能表达式,称为光滑曲线模型,并与受扰韧带模型及双线性模型进行了初步比较,同时,进行了4组不同韧带长度的楔人劈拉试验.结果表明,根据断裂功方法测得的混凝土断裂能的尺寸效应是由于局部断裂能在试件韧带上分布的不均匀引起的,而此分布特性受试件边界条件的影响;当试件尺寸足够大时由试验测得的断裂能即为混凝土的真实断裂能,也就是试验测试值的极限值;本文模型计算得到的混凝土断裂能与受扰韧带模型及双线性模型的计算结果非常接近,但3个模型在描述边界条件对其影响的程度上却各不相同,有待于做进一步研究.     

混凝土等效断裂韧度的解析方法及其尺寸效应

基于虚拟裂缝模型,提出一种计算混凝土三点弯曲梁等效断裂韧度的解析方法。应用该方法计算了梁的最大荷载和临界等效裂缝长度,进而求得等效断裂韧度。在此基础上,进一步研究了等效断裂韧度和裂缝亚临界扩展量的尺寸效应。结果发现,随梁高的增加,等效断裂韧度与裂缝亚临界扩展量均增加;随初始缝高比的增加,等效断裂韧度与裂缝亚临界扩展量增加至最大值,随后不断降低。该现象从另一角度验证了边界效应理论。     

碾压混凝土坝层面影响带黏弹塑性流变模型

针对碾压混凝土坝施工层面影响带渐变力学特性,基于坝体层内材料横观各向同性假定,依据复合材料分析思路和串、并联模型理论,建立了碾压混凝土坝层面影响带渐变规律分析模型,并针对其渐变特性,提出了层面影响带厚度、弹性模量以及黏性系数等计算参数的确定方法,建立了相应的黏弹塑性流变分析计算流程,并编制了相应的有限元计算程序。实例表明,本文提出的碾压混凝土坝层面影响带主要计算参数的确定方法以及建立的黏弹塑性分析模型能客观地模拟大坝结构变化形态,其计算结果与原位监测成果吻合较好。同时,文中所建立的分析模型可推广应用于常态混凝土坝,尤其是坝基有夹层或断层等变形规律的分析。     

RCC坝层面影响带黏弹塑性流变模型

针对碾压混凝土坝施工层面影响带渐变力学特性，基于坝体层内材料横观各向同性假定，依据复合材料分析思路和串、并联模型理论，建立了碾压混凝土坝层面影响带渐变规律分析模型，并针对其渐变特性，提出了层面影响带厚度、弹性模量以及粘性系数等计算参数的确定方法，揭示了坝体层面影响带渐变力学行为规律；据此研究，建立了相应的黏弹塑性流变分析计算流程，并研制了相应的有限元计算程序。实例表明，提出的碾压混凝土坝层面影响带主要计算参数的确定方法以及建立的黏弹塑性分析模型能客观地模拟大坝结构变化形态，其计算结果与原位监测成果吻合较好，同时，文中所建分析模型可推广应用于常态混凝土坝，尤其是坝基有夹层或断层等变形规律的分析。