碾压混凝土名义断裂韧度尺寸效应公式适用性的试验探讨

通过对碾压混凝土楔入劈拉试件断裂试验结果进行分析研究,得到了碾压混凝土的断裂韧度的尺寸效应规律.将碾压混凝土断裂韧度试验结果与已有的普通混凝土断裂韧度尺寸效应公式结合,通过对几种模型计算结果的分析比较,确定了碾压混凝土断裂韧度尺寸效应所适用的公式.     

缝高比对碾压混凝土名义断裂韧度的影响

对不同缝高比的碾压混凝土试件进行了楔入劈拉试验,通过对名义断裂韧度试验结果进行分析,得到缝高比对碾压混凝土的断裂韧度的影响规律。将碾压混凝土断裂韧度试验结果与已有的混凝土断裂韧度尺寸效应公式及基于Hu公式得到的断裂韧度尺寸效应公式结合,确定了碾压混凝土名义断裂韧度在缝高比这一因素影响下的公式。     

裂缝切口形式对混凝土楔入劈拉试件断裂韧度的影响

对4种不同预制裂缝切口形式的普通混凝土试件和碾压混凝土试件进行楔人劈拉试验,得到了各种工况下不同切口形式试件的断裂韧度.分析了预制裂缝切口形式对楔入劈拉试件断裂韧度的影响.试验结果表明:采用V型切口的试件断裂韧度最大,锯缝切口的试件次之,方形切口预埋缝试件断裂韧度最小,预埋钢片不取出的试件断裂韧度无明显规律性.几种预制裂缝切口形式下的楔人劈拉试件断裂韧度测试中,采用尖端V型的钢片预制裂缝效果较好.     

初始缝高比对碾压混凝土断裂性能的影响

为了研究初始缝高比对碾压混凝土的断裂性能的影响,制作了初始缝高比为0.4、0.5、0.6共18个楔入劈拉碾压混凝土试件并进行了断裂试验,得到了不同初始缝高比试件的有效裂缝长度、起裂断裂韧度和失稳断裂韧度等断裂参数,分析了初始缝高比对碾压混凝土断裂性能的影响。结果表明:在不同初始缝高比的条件下,起裂断裂韧度的值变化较小,可认为是材料的固有参数;失稳断裂韧度随初始缝高比的增大而增大,但也逐渐趋于平缓;起裂断裂韧度与失稳断裂韧度的比值随着初始缝高比的增加维持在0.38左右;相同尺寸下,初始缝长越小,裂缝亚临界扩展量越大,试件韧性越好。     

全级配大坝混凝土断裂参数的试验研究和计算方法

针对某大坝的实际工程,采用大坝拌和楼出料,浇筑最大骨料粒径为150 mm的全级配混凝土楔入劈拉试件进行断裂试验。在裂缝尖端布置应变片,利用应变回缩法测定起裂荷载Pini。通过改善楔入劈拉试件的支承条件,消除了由外荷载竖向分力引起的附加力矩对裂缝尖端应力场和断裂参数的计算的影响。结合ANSYS软件,精确计算了非标准楔入劈拉试件的起裂断裂韧度和失稳断裂韧度(即双K断裂参数),并与《水工混凝土断裂试验规程》规定的标准尺寸试件断裂韧度计算结果及基于虚拟裂缝黏聚力理论的解析结果进行对比。结果表明:全级配大坝混凝土的脆性较强,普通混凝土软化曲线的经验参数对全级配混凝土并不适用;在本试验的支承条件下,规程规定的断裂韧度计算公式也适用于大尺寸非标准试件双K断裂参数的计算。     

碾压混凝土拱坝诱导缝开裂的等效应力准则研究

通过多组不同削弱度的深埋椭圆裂缝、深埋矩形裂缝、穿透裂缝三种形式的碾压混凝土试件单轴拉伸试验结果,建立深埋矩形裂缝碾压混凝土试件的应力强度因子的近似解析表达式,考虑尺寸效应得到碾压混凝土材料的断裂韧度。根据碾压混凝土拱坝诱导缝构造特点,分别将矩形诱导缝简化为修正穿透裂缝模型和修正深埋椭圆裂缝模型,假定为I型开裂,考虑相邻裂缝的影响,采用虚拟裂缝模型和线弹性断裂力学相结合的方法建立裂缝失稳扩展时的亚临界扩展量和等效断裂韧度的解析表达式,应用双K断裂准则,建立碾压混凝土拱坝诱导缝开裂的等效应力准则。并将此结果应用到三维非线性应力场仿真计算中,对沙牌碾压混凝土拱坝进行非线性开裂计算分析。     

各种级配大坝混凝土双K断裂参数试验研究——兼对《水工混凝土断裂试验规程》制定的建议

为配合水工混凝土断裂试验规程在我国的制定,提供更充足的基础数据,受规程编制组委托,进行了最大尺寸为S×D×B=2200 mm×550 mm×240 mm的三点弯曲梁试件和最大尺寸为2H×D×B=1200 mm×1200 mm×250mm的楔入劈拉试件共140个试件的断裂试验。通过电阻应变片,测得不同布置测点荷载应变变化曲线,由此确定了不同级配及湿筛法大坝混凝土实测的起裂荷载和失稳荷载,计算了双K断裂韧度参数,讨论分析了双K断裂参数的尺寸效应和形状效应。结果表明:电阻应变片法测定起裂荷载的方法可行,Pini/Pmax=0.6￣0.85;三点弯曲梁法所得混凝土双K断裂韧度值无明显的尺寸效应;楔入劈拉试件由于竖向加载荷载PV引起附加力矩MV对裂缝尖端应力场的影响,导致所得混凝土断裂韧度值表现出一定程度的尺寸效应,但当采取措施消除此影响或此影响较小时,楔入劈拉试件的断裂韧度值也将无明显的尺寸效应;在相同配合比、相同高度条件下,不同试件形式的双K断裂韧度值无明显的差异。因此,可认为混凝土双K断裂参数是描述混凝土结构裂缝起裂及失稳断裂过程的材料常数,与试样类型和尺寸无关。     

不同型式的碾压混凝土拱坝诱导缝开裂试验研究

根据多组不同削弱度的深埋矩形裂缝和穿透裂缝的碾压混凝土试件单轴拉伸试验结果,建立了试件等效强度和面积削弱度的关系,试验结果表明,碾压混凝土材料的断裂韧度和抗拉强度的比值同常态混凝土基本相同,相同削弱度的矩形预留缝试件的等效强度比穿透裂缝试件的等效强度低4％～8％左右。因此,碾压混凝土拱坝诱导缝建议选用问断矩形型式。     

钢纤维高强混凝土的断裂韧度

通过100个尺寸为100 mm×100 mm×515 mm的钢纤维高强混凝土试件以及相同尺寸的45个高强混凝土试件切口梁三点弯曲试验,探讨了钢纤维体积分数和相对切口深度对高强混凝土断裂韧度的影响和高强混凝土断裂韧度的统计分布规律.结果表明,随着钢纤维体积分数的增加,钢纤维高强混凝土断裂韧度增益比成线性增加;随着切口深度的增加,断裂韧度略有降低;高强混凝土断裂韧度服从威布尔分布.在试验结果的基础上,建立了钢纤维高强混凝土断裂韧度的计算公式.     

橡胶混凝土断裂韧性试验研究

为研究橡胶混凝土断裂韧度,以C30混凝土为基准混凝土,将橡胶颗粒的粒径、掺量以及试件的缝高比作为变量,制备混凝土试件进行楔入劈拉试验研究。计算得到橡胶混凝土试件起裂韧度及失稳断裂韧度的变化规律。结果表明:掺入橡胶后,混凝土的起裂韧度有明显降低,橡胶掺量越高降幅越明显,橡胶掺量为5%~15%的混凝土失稳断裂韧度大于基准混凝土;20%橡胶掺量的混凝土失稳断裂韧度略小于基准混凝土;缝高比相同时,掺粒径为0.3mm橡胶颗粒的混凝土试件失稳断裂韧度高于粒径为0.6mm的橡胶混凝土,表现出更好的断裂韧性;与起裂韧度相比,失稳断裂韧度与橡胶含量的非线性特征更加明显。     

预设穿透型诱导缝的碾压混凝土等效强度及其断裂韧度尺寸效应研究

为了研究拱坝诱导缝强度和断裂特性,在两种尺寸的碾压混凝土长方体试件内埋设了不同削弱度的一片、两片穿透型诱导缝板。对其进行的轴拉试验表明,诱导缝等效强度存在明显的尺寸效应：对于相同削弱度,试件尺寸增加,等效强度降低,对本试验试件其最大降低值为0．278MPa。含诱导缝的结构断裂韧度随着削弱度的减小而增加：削弱度由0．342变为0．208时,小型和中型试件的断裂韧度分别从0．488MN／m^3/2、0．506MN／m^3／2增加到0．519MN／m^3／2、0．581MN／m^3／2。最后,在相同尺寸和削弱度下,诱导缝布置由一片改为两片及增大两片缝的闻距,都对降低等效强度有很大的作用：如对于削弱度为0．342,诱导缝布置由一片改为两片时等效强度最大降低了36．5％。对于小型试件,当缝距b／a从2．69降低到1.92时,等效强度降低了26．5％。对于大型试件,当缝距b／a从3．46降低到1．92时,等效强度降低了24．1％。这一试验结果表明实际大坝中合理布置诱导缝比单纯增加削弱度对降低诱导缝等效强度更有效。     

高韧性聚合物水泥喷浆技术及巷道工程应用研究

针对传统水泥喷射混凝土技术存在施工环境不友好、施工劳动强度大、喷浆层易围岩脱空、开裂和垮塌等问题,研究了聚合物改性高韧性水泥喷浆材料和系统工艺技术,对聚合物添加量为0~50%的水泥喷浆材料力学性能及微观形貌进行探讨,制备得到韧性较好的聚合物改性水泥喷浆材料,并设计出配套的连续高效喷涂设备和工艺技术,并在某隧洞工程进行了应用试验。结果证明,该材料具有优异的围岩喷护效果,对围岩整体支护防护有较好的协同作用,且施工作业绿色、高效。     

考虑尺寸、边界效应和裂纹扩展的单向间隔诱导缝等效强度模型

对失稳断裂韧度的尺寸、边界效应及有效裂纹扩展量开展深入探讨,研究不同尺寸非标准试件之间的失稳断裂韧度尺寸、边界效应和反映实际规律且具有实际物理意义的有效裂纹扩展量,基于上述讨论,建立考虑上述影响因素的单向间隔诱导缝等效强度模型,同试验结果对比发现,模型具有较好精度,可作为大体积混凝土单向间隔诱导缝等效强度的推荐公式.     

Stanstead花岗岩动态断裂性能

 采用一种新的方法研究Stanstead花岗岩的动态断裂性能,包括起裂韧度、断裂能、传播韧度和裂纹传播速度。该方法采用分离式霍普金森压杆加载的带预制裂纹的半圆盘三点弯试样,同时采用激光位移计监测试样的裂纹面张开位移。在动态力平衡的条件下,起裂韧度由准静态公式计算得到。通过裂纹面张开位移数据推算出2个碎片的残余动能,从而计算出平均传播断裂能和传播韧度。裂纹传播平均速度由黏接在试样上的一系列裂缝计测量得到。试验结果表明,该花岗岩的起裂韧度和传播韧度都与加载速率有关,传播韧度大于起裂韧度,传播韧度随着裂纹传播速度的提高而提高。通过裂纹传播速度和传播韧度的关系拟合得到材料的止裂韧度及裂纹传播极限速度。得到的Stanstead花岗岩与Laurentian花岗岩结果对比表明,Stanstead花岗岩颗粒较大,起裂、止裂韧度较小;Laurentian花岗岩颗粒较小,传播韧度较小,裂纹传播极限速度较大,裂纹容易传播。     

钢纤维大粒径混凝土断裂性能研究

针对水利工程对大粒径混凝土增韧限裂的要求，进行了二级配骨料钢纤维混凝土的断裂性能试验，得出了在不同钢纤维体积率下的断裂韧度和断裂能，并通过方差分析了钢纤维长度、骨料粒径和试件尺寸等对钢纤维混凝土断裂韧度的影响。结果表明：钢纤维的掺入明显提高了二级配混凝土的断裂性能，对其有良好的增韧效果。     

混凝土断裂参数厚度尺寸效应的定量表征与机理分析

该文主要研究混凝土断裂参数的厚度尺寸效应,所进行的断裂试验属于国际材料与结构试验室联合会（RILEM）TC265-TDK委员会为制定双K断裂参数国际通用规范开展的国际联合试验的一部分。通过5组（共计29根）不同厚度（100~300mm）普通混凝土梁的标准三点弯曲试验,测定了双K断裂韧度KiniIc和KunIc、断裂能GF、特征长度lch等相关断裂参数,并用归一化（无量纲化）方法定量表征了各断裂参数随试件厚度的变化规律。进一步地,基于国内现行《水工混凝土断裂试验规程》（DL/T 5332-2005）中的线弹性断裂韧度计算公式、Weibull尺寸效应理论以及混凝土多轴强度理论,分析了试验所呈现的厚度尺寸效应特征。试验结果和理论分析表明,混凝土各断裂参数均不存在明显的厚度尺寸效应,且各参数的结论可以互相印证。     

利用测井资料预测深部地层岩石断裂韧性

涉及在石油开发的深层岩土工程中,岩石断裂韧性参数的获取,对工程 设计有着重要的意义。但以往通常采取深井岩芯以获取岩石断裂韧性,成本昂贵,加之在无围压条件下测试,不能反映深部地层的真实性质。在有围压岩石断裂韧性测试数据的基础上,发现断裂韧性与岩石抗拉强度之间存在较好的统计关系,据此利用测井数据建立了预测深部地层岩石断裂韧性的模型。     

用人字形切槽巴西圆盘(CCNBD)确定岩石断裂韧度及其尺度律

国际岩石力学学会(ISRM)于1988年和1995年先后颁布了两种测试岩石断裂韧度的建议方法，其中1995年建议方法推荐的人字形切槽巴西圆盘(CCNBD)尚不够完善。有鉴于此，用两种大理岩制作成CCNBD和ISRM1988年建议方法推荐的人字形切槽三点弯曲圆棒(CB)试样，分别在MTS810型材料试验机进行试验。结果发现，CCNBD试样测出的断裂韧度值比CB试样测出的断裂韧度值小，而重新标定关于CCNBD计算公式中的关键系数Ymin*后得出的断裂韧度值有一定改善。此外，基于内聚裂纹模型，对CCNBD试样用于岩石断裂韧度测试的尺寸效应问题进行了初步探讨，提出CCNBD试样的几何形状函数gαm，很好地解决了Bazant的尺度律用于CCNBD试样结构的非相似性问题，从而减小了试样尺寸对材料断裂韧度的影响。