碾压混凝土坝诱导缝等效强度及层面断裂研究

论文摘要

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

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 碾压混凝土筑坝技术的发展现状
• 1.2 碾压混凝土坝的温度裂缝问题及裂缝控制问题
• 1.2.1 温度裂缝的产生及危害
• 1.2.2 控制温度裂缝的主要措施
• 1.2.3 国内外诱导缝研究现状和存在的主要问题
• 1.3 碾压混凝土坝的层面断裂研究
• 1.3.1 碾压混凝土坝的层面处理方式
• 1.3.2 碾压混凝土坝的层面问题研究现状
• 1.3.3 研究中存在的一些问题
• 1.4 本论文的研究工作
• 2 碾压混凝土诱导缝的试验研究
• 2.1 前言
• 2.2 碾压混凝土断裂特性的试验研究
• 2.2.1 碾压混凝土断裂韧度的试验研究
• 2.2.2 碾压混凝土断裂韧度尺寸效应公式的确定
• 2.3 碾压混凝土诱导缝等效强度的试验研究
• 2.3.1 试验研究概况
• 2.3.2 试验结果及分析
• 2.4 本章小结
• 3 碾压混凝土层面断裂参数的试验研究
• 3.1 前言
• 3.2 碾压混凝土层面Ⅰ型断裂参数的试验研究
• 3.2.1 混凝土Ⅰ型断裂模型
• 3.2.2 试验设计
• 3.2.3 试验结果计算与分析
• 3.3 碾压混凝土层面Ⅱ型断裂参数的试验研究
• ⅡC的计算公式'>3.3.1 Ⅱ型断裂韧度K_ⅡC的计算公式
• 3.3.2 试验设计
• 3.3.3 试验结果计算与分析
• 3.4 本章小结
• 4 碾压混凝土诱导缝等效强度模型研究
• 4.1 前言
• 4.2 诱导缝的构成及形式
• 4.3 诱导缝等效强度模型研究
• 4.3.1 诱导缝等效强度模型理论研究现状
• c^*的计算'>4.3.2 有效裂缝扩展长度Δa_c^*的计算
• 4.3.3 等效强度模型的假定
• 4.3.4 碾压混凝土单向间隔诱导缝等效强度模型
• 4.3.5 碾压混凝土双向间隔诱导缝等效强度模型
• 4.3.6 两种形式诱导缝等效强度的比较
• 4.4 本章小结
• 5 沙牌碾压混凝土拱坝仿真计算分析
• 5.1 前言
• 5.2 沙牌工程基本资料和材料参数
• 5.2.1 碾压混凝土材料的物理、力学、热学参数
• 5.2.2 坝基岩石物理力学参数
• 5.2.3 沙牌工程环境资料
• 5.2.4 沙牌大坝施工计划和蓄水计划
• 5.2.5 诱导缝和横缝计算参数选取
• 5.2.6 沙牌拱坝的网格图
• 5.3 沙牌拱坝应力场仿真计算分析
• 5.3.1 应力场分布规律
• 5.3.2 诱导缝张开情况
• 5.3.3 坝体损伤开裂情况
• 5.4 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 本文的工作总结
• 6.2 需要进一步解决的问题
• 参考文献
• 创新点摘要
• 攻读博士学位期间参加的课题和论文发表情况
• 致谢
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