地震荷载作用下裂缝内水压变化规律研究

在地震荷载作用下,混凝土重力高坝含水裂缝快速张开闭合导致水体压缩,产生附加水压,极易引起裂缝失稳。为了探究地震荷载作用下裂缝内水压变化规律,假定裂缝形状为椭圆形,推导出裂缝在地震荷载作用下附加水压计算公式。通过实例分析地震荷载作用对裂缝内附加水压及裂尖应力强度因子在不同方向、不同尺寸以及不同排水率条件下的影响。研究表明:在地震荷载作用下,计算实例的最大附加水压达到初始水压的7.55倍;随着初始裂缝宽度的增大,最大附加水压和裂尖附加应力强度因子快速减小,且初始裂缝宽度越小,排水率对附加水压的影响程度越大;裂缝倾斜角度对裂尖附加应力强度因子影响不显著。研究结果可为进一步研究地震荷载作用下重力高坝中裂缝的稳定性提供理论基础。     

地震荷载作用下重力坝坝踵裂缝内水压分布研究

在地震荷载作用下,重力坝内水下裂缝突然闭合时会产生较大的附加水压力,从而可能引起裂缝失稳,对大坝抗震不利。基于大型有限元软件建立数值分析模型,人为在坝踵设置初始张开宽度为0.001 m的楔形裂缝,以分析在地震作用下不同长度、不同方向的裂缝内部的最大水压分布规律。其中,库水及缝内水体采用势流体单元,库水与坝体、坝基间采用流固单元。研究结果表明,随着裂缝长度的增长,裂缝内最大水压不断增加,最大可达到初始静水压的8.13倍;而随着裂缝角度的增大,裂缝内最大水压先增大后减小;裂缝长度越长,裂缝内最大水压随着角度变化越明显。     

岩体水力劈裂临界水压力影响因素及机理研究

为了研究材料强度、初始裂缝开度、初始缝长和轴向压应力对岩体水力劈裂临界水压力的影响,采用水泥砂浆作为岩体相似材料,进行岩体水力劈裂试验,探讨其水力劈裂破坏机理。试验结果表明,岩体水力劈裂临界水压力与材料强度和轴向压应力存在正相关关系,轴向压应力较材料强度对水力劈裂临界水压力影响大;水力劈裂临界水压力与初始裂缝开度、初始缝长呈负相关关系,初始缝长对水力劈裂临界水压力敏感性比初始裂缝开度大。随着缝内水压的增大,岩体初始裂缝的裂尖扩展,裂隙水流渗入到损伤劣化区,在裂隙水流的双重力学作用下,损伤区裂隙、孔隙扩展贯通形成宏观裂缝,宏观裂缝在缝内水流双重力学作用下,裂尖应力强度因子超过断裂韧度,岩体失稳破坏。     

混凝土水力劈裂试验研究

本文采用改进后的楔形劈拉试验密封装置进行了有(无)水压作用下的混凝土(水力)劈拉试验。设计的密封装置通过特制的夹具、硅胶板来实现密封水的作用,以承受施加在混凝土试件预制缝的外部水压力。试验表明,本文设计的密封装置对混凝土试件断裂参数的影响相对较小。根据预埋在裂缝尖端水压力传感器记录的数据,拟合并总结出混凝土试件缝面水压力在不同阶段的分布情况及一般规律。试验结果表明,不论是慢速加载还是快速加载,当水稳定进入裂缝时,缝面水压分布曲线主要由直线段和抛物线段两部分组成;慢速张开情况下裂缝口的水有足够的时间流入裂缝内,快速张开时缝内水的运动明显有滞后性。当慢速与快速加载作用达到相同的裂缝张开宽度时,慢速加载时缝面水压力是快速张开情况下的2~3倍。外水压对混凝土楔形劈拉失稳荷载影响较大,随着外水压的增大,试件的失稳荷载明显减小;快速加载下,失稳荷载比慢速加载时要有所增大。水力劈裂试件的扩展裂缝形状比较平直,而无水压作用时,试件劈裂扩展裂缝形状则有较多的曲折。     

水泥净浆和水泥砂浆材料的Ⅰ型断裂韧度测定

本文针对水泥净浆和水泥砂浆两种灌浆材料,采用三点弯曲梁进行了不同强度、不同尺寸以及不同初始缝高比的断裂试验。根据水工混凝土断裂试验规程,利用试验中测得的最大荷载及对应的裂缝口张开位移计算了水泥净浆和水泥砂浆的失稳断裂韧度,并通过电阻应变片法确定的起裂荷载得到了二者起裂韧度的实测值。试验中发现,水泥净浆并不是一经起裂就失稳破坏,而是在失稳破坏前存在着一个比较明显的裂缝稳定扩展过程。结果表明,随试件强度的提高,两种材料的起裂韧度和失稳韧度均增大,而随试件尺寸和初始缝高比的变化,水泥净浆的起裂韧度和失稳断裂韧度     

试件初始缝长对混凝土双K断裂参数的影响

本文采用尺寸为400mm×400mm×200mm，初始缝高比分别为0.2、0.4、0.5、0.6的楔入劈拉试件，应用线性渐近叠加原理，利用试验中测得的最大荷载Pmax及对应的裂缝口张开位移CMODc计算了混凝土裂缝的亚临界扩展量Δαc，在此基础上利用虚拟裂缝模型并结合线弹性断裂理论，采用不同的闭合力方程计算了混凝土起裂断裂韧度KiniIc、失稳断裂韧度KunIc及临界裂缝尖端张开位移CTODc.结果表明，采用不同闭合力方程所计算的混凝土KiniIc值有所差异，但当试件缝高比大于或等于0.4时KiniIc及CTODc均与试件初始缝高比无关，而KunIc值则与初始缝高比无关，这表明双K断裂参数及CTODc可以作为描述混凝土裂缝起裂、稳定扩展及失稳破坏全过程的材料常数。     

试件初始缝长对混凝民裂参数的影响

本文采用尺寸为 40 0mm× 40 0mm× 2 0 0mm ,初始缝高比分别为 0 2、 0 4、 0 5、 0 6的楔入劈拉试件 ,应用线性渐近叠加原理 ,利用试验中测得的最大荷载Pmax及对应的裂缝口张开位移CMODc 计算了混凝土裂缝的亚临界扩展量Δac,在此基础上利用虚拟裂缝模型并结合线弹性断裂理论 ,采用不同的闭合力方程计算了混凝土起裂断裂韧度KiniIc、失稳断裂韧度KunIc及临界裂缝尖端张开位移CTODc.结果表明 ,采用不同闭合力方程所计算的混凝土KiniIc值有所差异 ,但当试件缝高比大于或等于 0 4时KiniIc及CTODc 均与试件初始缝高比无关 ,而KunIc值则与初始缝高比无关 ,这表明双K断裂参数及CTODc 可以作为描述混凝土裂缝起裂、稳定扩展及失稳破坏全过程的材料常数 .     

静水压力下混凝土双K断裂参数试验测定

本文主要研究混凝土在机械荷载和水压力的双重作用下,裂缝的起裂、扩展和失稳断裂情况。试验采用楔入劈拉试件,试验时每间隔一定的机械荷载,施加一个循环的一定数值的水压力,直至试件断裂。试验采用“恒定裂缝张开位移”和“恒定荷载”两种加载方式,恒定裂缝张开位移是对水压力作用下的试件进行的定性对比分析,恒定荷载是对固定水压力作用下的试件,通过表面粘贴应变片的方法监测裂缝的起裂和扩展长度。采用混凝土裂缝扩展的双K断裂准则计算了粘聚韧度、失稳韧度和起裂韧度,并与试验测定结果进行了比较。结果表明,随着水压力的逐渐增大,试件的可承受最大荷载逐渐减小,裂缝的起裂提前。     

自密实轻骨料混凝土断裂全过程分析

为研究自密实轻骨料混凝土的断裂特性,引入以起裂断裂韧度为参数的裂缝扩展准则,采用数值方法分析了自密实轻骨料混凝土三点弯曲梁裂缝扩展的全过程,得到了不同缝高比的自密实轻骨料混凝土梁在三点荷载下的荷载-裂缝口张开位移曲线,并根据裂缝扩展准则,计算了自密实轻骨料混凝土的断裂过程区长度和裂缝扩展阻力曲线。结果表明:试验和计算的荷载-裂缝口张开位移曲线吻合良好,验证了裂缝扩展准则的正确性;试验断裂过程区长度随着裂缝增长先增大,达到完整断裂过程区长度后减小;自密实轻骨料混凝土的裂缝阻力随着裂缝长度增加而不断增大,初始缝高比对裂缝扩展阻力曲线数值和形状的影响并不明显。     

裂隙岩体水力劈裂临界水压力试验研究

许多水工建筑物建于基岩上,天然岩体大多存在节理裂隙,在高水压力作用下易发生水力劈裂破坏。为研究裂隙岩体的水力劈裂特性,以水泥砂浆代替岩石、制作预制裂缝试样,研制了高压水密封装置和水压力加载系统,开展了不同缝长和缝宽的砂浆试件水力劈裂试验研究,测定了预制裂缝起裂临界水压力、水力劈裂临界水压力,分析了两者关系,提出了预测表达式。试验结果表明,试件水力劈裂临界水压力为0.441~1.542 MPa,相同条件下,试件水力劈裂临界水压力与初始缝长及缝宽呈负相关关系;预制裂缝起裂临界水压力与水力劈裂临界水压力比值为61.57%~64.17%,与预制裂缝初始缝长和缝宽无关。应用应力强度因子计算公式,综合试验结果,分析得到了考虑预制裂缝宽度影响的裂缝起裂临界水压力和试件水力劈裂临界水压力的计算表达式。