动载作用下的混凝土水力劈裂试验研究.pdf
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1、2 0 1 6 年第 5 期 中州煤炭 第2 4 5 期 动载作 用下 的混凝土水 力劈裂试 验研究 游茂源 , 杜 成斌 , 陈玉泉 , 孙立 国 ( 河海大学 力学与材料学院 , 江苏 南京 2 1 1 1 0 0 ) 摘要 : 针对现有水力劈裂试验 中密封装置采用环 氧树 脂胶存在的 密封强度不够 、 密封装置改变 了混凝土材料 力学参数的缺 点, 研发 了一种 新型的密封装 置。密封装置 由夹板 、 夹子和硅胶 板 3部分 组成 , 其 中硅 胶板延 展 性较好 , 可适应较大 的水压 变形 。首 先进 行有无密封装置的对 比试验 , 论 证 了新型密封装置对混凝土 断裂 参 数的改变
2、较小; 然后进行不 同加 载速 率下的水力劈裂试验 , 得 到 了裂缝扩展路径上的水压分布规律 。结果 表 明, C MO D相 同时动载作用 下裂缝扩展路径上相 同位置 的水压较静 载时要小。 关键词 : 水力劈裂 ; 密封装置 ; 加载速 率; 水压力分布 中图分类 号 : T U 3 7 文献标志码 : A 文章编号 : 1 0 0 3 0 5 0 6 ( 2 0 1 6 ) 0 50 0 5 4 0 4 Ex p e r i m e n t a l S t u dy o n Hy dr a u l i c Fr a c t u r i ng o f Co nc r e t e Und
3、e r Dy n a m i c Lo a d i ng Yo u Ma o y u a n, Du Ch e n g b i n, Ch e n Yu q ua n, S u n Li g u o ( C o l l e g e o fMe c h a n i c s a n d Ma t e r i a l s , Ho h a i U n i v e r s i t y , Na n j i n g 2 1 1 1 0 0, C h i n a ) Abs t r ac t : I n h yd r a u l i c f r a c t u r i n g e x p e r i me
4、 n t s , t he c o n v e n t i o na l s ea l i ng d e v i c e d o n t ha v e i n s uf f i c i e n t s e a l i ng s t r e n g t h by u s i ng e p o x y, a n d t h e a p pl i c a t i o n o f s e a l i n g d e v i c e h a s i n de e d c ha ng e d t he pa r a me t e r s o f t he s p e c i me n, a ne w s
5、e a l i n g d e v i c e wa s d e v e l o pe d i n t h i s p a - p e r T h e n e w s e a l i n g me a n s c o n s i s t s o f t h r e e p a r t s , i n c l u d i n g p l y w o o d , c l i p s a n d s i l i c o n e p l a t e s w h i c h ma l l e a b l e t o a c c o mmo d a t e l a r g e d e f o r ma t
6、 i o n Th e t e s t o f t he s pe c i me n s wi t h s e a l i n g d e v i c e o r no t we r e a l l c o n d uc t e d, i t wa s o bs e r v e d, t h ei r p a r a me t e r we r e s u bs t a nt i a l l y t h e s a me The hy d r a u l i c f r a c t u r i n g e x p e r i me n t s u nd e r di f f e r e n t
7、 l o a d i n g r a t e s we r e c o n du c t e d, a nd t h e wa t e r p r e s s u r e d i s t r i b u t i o n o n t h e c r a c k p r o p a g a t i o n p a t h wa s o b t a i n e d I t wa s f o u n d t h a t , i n t h e c o n d i t i o n s o f s a me c r a c k mo u t h o p e n i n g d i s p l a c e
8、me n t ( C MO D), t h e w a t e r p r e s s u r e u n de r t he d y n a mi c l o a d wa s s ma l l e r t h a n t h a t u nd e r s t a t i c l o a d o n t he s a me p o s i t i o n o f t h e c r a c k p r o p a g a t i o n pa t h Ke y wo r ds: h y dr a ul i c f r a c t ur i n g; s e a l i n g de v i
9、c e; l o a d i n g r a t e; wa t e r pr e s s ur e d i s t r i b ut i o n 为满 足我 国经 济 发 展 对 电力 的需 求 , 一 大 批 世 界 水平 的超 高 大坝 已经 或 即将 在 中 国西南 和西北 等 强地震 活 动 区 开 工 建设 。其 中小 湾 拱 坝 高 2 9 2 IT I , 溪 洛 渡拱 坝高 2 7 8 1 T I , 锦 屏 一 级 拱 坝 高 3 0 5 m, 坝 高 均超 过世 界上 已建 最高 的前 苏联 的坝高 2 7 1 5 m 的 英 古 里拱 坝 。这些 大坝 的坝 址设 计地
10、震 水 平加 速度 峰值 均 较 高 , 小 湾 拱 坝 为 0 3 0 8 g, 溪 洛 渡 拱 坝 为 0 3 2 l g , 锦屏一级拱坝为 0 1 9 7 g 。这些特高混凝 土坝 在静 载作 用下 的应 力 水 平 已很 高 , 在 坝踵 附近 大都 已接 近或 超过 混 凝 土 的 极 限抗 拉 强 度 , 在强 烈 地震 作 用 下 , 极 易 出 现水 力 劈 裂 问题 。 因此 , 动 载作 用下 的水 力劈 裂研 究具 有很 重要 的现 实 意义 。 收 稿 日期 : 2 0 1 6 0 4 0 8 基金项 目:国家 自然科 学基金 项 目( 1 1 3 7 2 0 9 8
11、 , 1 1 1 3 2 0 0 3, 5 1 5 7 9 0 8 4 , 5 1 3 0 8 1 8 8 , 5 1 3 0 9 0 8 8 ) 作者简介 :游茂源( 1 9 8 9 一 ) , 男 , 福建 柘荣人 , 硕 士研究生在读 , 主要 研究方向是动载作用下的混凝土水力劈裂研究。 5 4 1 9 9 5年 , B r u h w i l e r和 S a o u m a 。 。 就 已经 给 出 了 静力 作用 下水 力劈 裂试 验缝 内水 压 的分布 规律 。他 们对 静力 荷载 作用 下 不 同水 压 、 不 同尺 寸 试 件 扩展 裂缝 中水 压力 分 布 进行 了试 验
12、研 究 。结 果 表 明 , 在 裂 纹 扩 展 区 张 开 位 移C O D 大 于 临 界 张 开 位 移 C O D w o ( 全 水压 处 对 应 的 裂 纹 张 开 位 移 ) 处 水 压 分 布已为全水压 ; 在小于临界值 的裂纹扩展区, 水压分 布呈 非线 性下 降 , 在扩展 区尖端存 在 干燥 区 ; 而临界 张开 位移 C O D w o与外部 作用 水压 大 小呈线 性 关 系 。 但是 对 于动载 作 用 下 的水 力 劈 裂 缝 内的 水 压 分 布 , 试验 方 面 的文 献几 乎没 有 。 。 。 水 力劈 裂 试 验 中现 有 的 密 封 装 置 通 常 分
13、为 3 层 , 自内而外 分别 为橡 胶板 密封 层 、 薄钢 板密 封层 和 球 角钢 架 密 封 层 。 。 。橡 胶 板 采 用 环 氧 树 脂 胶 粘 贴 在试 件上 , 橡 胶板 以左 右对 称覆 盖预 制缝 为原 则 , 将 橡胶 板粘 贴在 试 件 表 面 之 前 , 在 预 制缝 的外 面覆 一 层塑 料 薄膜 , 其 目的是 防止 环 氧 树 脂 胶 进 入 预制 zzzPsgiolePfrp zzzPsgiolePfrpzzzPsgiolePfrp 2 0 1 6 年第5 期 中州煤炭 总第 2 4 5 期 胶 板会 产生 较大 形变 , 一方 面 可适应 较 大水 压变
14、形 , 另 一方 面 为防止 硅 胶 板 过 大变 形 漏 水 , 夹 子 和 夹 板 缝 隙 中可放 置橡 胶条 和木 条 。 2试 验 结 果 和 分 析 2 1密 封装 置 的影 响 为 了了解新 的 密封装 置 改变试 件材 料参 数 的程 度 , 本 文分 别对 有 密封 装 置 和 没 有 密封 装 置 的试 件 进 行 了静 载 ( 裂 缝 口张 开 速 率 2 m s ) 和 动 载 ( 裂 缝 口张开 速率 2 0 0 m s ) 作 用 下 的 楔 入 劈 拉 试 验 , 得 到 了 F C D D 曲线 ( 水 平 荷 载 和 裂 缝 口开 口位 移 的关 系 曲线 )
15、。通 过 F c 0 D 曲线 确 定 起 裂 荷 载和失 稳 荷载 , 根据 D L T 5 3 3 2 2 0 0 5 水工 混凝 土 断 裂试验规 程中的起 裂韧 度和失 稳韧 度 的计 算公 式 , 就 可 以计算 出试 件 的起 裂 韧 度 和 失稳 韧 度 这 两 个 材料 参数 。对 比这 两 个参 数 , 就 能 够知 道 密 封 装 置对试 件材 料参 数 的影 响 。 以 图 3为例 计算 起裂 韧度 和失 稳 韧度 。 图 3为 没有密 封 装 置 受 静 载 作 用 的试 件 F c D D 曲线 , 通过该 曲线 的非 线 性转折 点 可得 到试 件起 裂荷 载为 9
16、 9 8 7 k N, 最 大荷 载 ( 失稳 荷 载 ) 为 1 8 3 6 1 k N, 曲线 上升直 线段 斜率 ( 柔 度 ) C :3 8 1 m k N。有 了这 些 参 数 , 可计算 试 件 的 起 裂 韧度 和失 稳 韧 度 。各 组 试 件 计算 结果 见表 1 、 表 2 , 从 中可 以发 现 : 图 3无密封装置静载作用时试件的 F -C MO D 曲线 表 1 试 件起 裂荷载和失稳荷载计算 ( 1 ) 相 同荷 载 不 同 密 封 条 件 时 , 试 件 的 起 裂 荷 载 的最 大 误 差 只有 1 1 8 ; 失 稳 荷 载 也 非 常 接 近 , 最 大误
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