沥青混凝土面板防渗层圆盘试验的应变计算方法.pdf
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1、帚 朋 【 思弟l 3 7 别) 中国水能 及电气化 N o 8( T O T A L N o 1 3 7 ) 2 0 1 6 年 8 月 Ch i n a Wa t e r P o we r &E l e c t r i fi C a t i o n D OI :1 0 1 6 6 1 7 j c n k i 1 1 5 5 4 3 T K 2 0 1 6 0 8 0 1 5 沥青混凝土面板防渗层圆盘试验的 应变计算方法 曹腾腾 ( 天生桥一级水电开发有限责任公司水力发电厂, 贵J ,r1兴义5 6 2 4 0 0 ) 【 摘 要】 沥青混凝土面板防渗最近几年在国内广泛应用,尤其是抽水蓄能电
2、站采用全库盆沥青混凝土防渗。 面板的最大问题是如何防止开裂,用应变的指标对沥青混凝土面板进行设计控制。国内已建的宝泉、张河湾、 呼和浩特抽水蓄能电站借鉴国外方法进行 的圆盘试验方法不一致,采用挠度评价方法却未建立应变评价方法。 本文给出了圆盘试验的初裂应变计算方法,同时与拉伸、小梁弯曲、压缩试验进行 了比较。 【 关键词】 沥青混凝土;面板;抽水蓄能;圆盘试验;应变 中图分类号:T V 6 4 2 文献标识码 :B 文章编号 :1 6 7 3 - 8 2 4 1 ( 2 0 1 6)0 8 - 0 0 5 2 - 0 6 S t r a i n c a l c u l a t i o n me
3、 t h o d o f a s p h a l t c o n c r e t e p a n e l i mp e r v i o u s l a ye r di s c t y pe t e s t CAO Te n g t e n g ( T i a n s h e n g B r i d g e L e v e l , H y d r o p o w e r D e v e l o p m e n t C o , L t d H y d r o e l e c t r i c P o w e r P l a n t , X i n g y i 5 6 2 4 0 0, C h i n
4、 a ) Ab s t r a c t :As p ha l t c o n c r e t e pa ne l i mp e r v i o us c o n t r o l i s wi de l y a p p l i e d i n Chi n a i n r e c e n t y e a r s Who l e r e s e r v o i r ba s i n b i t u mi n o u s c o n c r e t e i mp e rvi o u s me a s u r e i s a d o p t e d e s p e c i l y i n p u mp
5、e d s t o r a g e p o we r s t a t i o n Ho w t o p r e v e n t c r a c k i s t h e m a x i m u m p r o b l e m o f t h e p a n e 1 S t r a i n i n d e x i s u s e d f o r d e s i g n c o n t r o l o n a s p h a l t c o n c r e t e p a n e l s C o n s t r u c t e d p r o j e c t s i n C h i n a s u
6、c h a s B a o q u a n,Z h a n g h e wa n a n d Ho h h o t p u mp e d s t o r a g e p o w e r s t a t i o n s d r a w l e s s o n s f r o m f o r e i g n me t h o d s ,a n d t h e d i s c t y p e t e s t me t h o d t h e r e o f i s n o t c o n s i s t e n t T h e d e f l e c t i o n e v a l u a t i
7、o n me t h o d i s a d o p t e d,b u t s t r a i n e v a l u a t i o n me t ho d i s no t e s t a b l i s he dI n t h e p a pe r ,i n i t i a l c r a c k s t r a i n c a l c u l a t i o n me t h o d i s gi v e n Me a n whi l e,i t i s c o mp a r e d wi t h t e n s i o n,s ma l l b e a m be n di n g
8、a nd c o mpr e s s i o n t e s t Ke y wor ds :a s p ha l t c o nc r e t e;pa n e l ;p ump e d s t o r a g e;d i s c t e s t ;s t r a i n 1 研究背景及意义 抽水蓄能电站防渗面板施工技术复杂,投入运行 后面板需要经受极端 的运行条件 ,比如极端的温度 、 水位 的周期性频繁变化 等。面板最大 的问题 是如何 防 止开裂 。国外研究沥青混凝土 面板变形性 能较为先进 的是瑞士华禄 ( Wa l o )工程集团的实验室,其做法 是一个成型沥青混凝土圆板 ,让其中点
9、挠度承受1 1 0 的变形 不漏水 以证 明在给定 配合 比的条件下沥青混 凝 土具有很强 的柔性变形 能力 。国内借鉴学 习后 ,在 西 龙池 、宝泉 、张河湾 、呼和浩 特抽水 蓄能 电站 的沥青 混凝土研究中均有使用,但是不同的科研单位其方法 科 竽 计 允 及 上 任 议 丌 S c i e n t i fi c Re s e a r c h E n g i n e e r i n g D e s i g n b 变形前 位 于 中面法 线 的各点 ,变形 后仍 位 于 弹性曲面的同一法线 ,且法线各点间的距离不变。 c 类 同于梁 的平 面假 设 。变 形前 原 为平 面 的梁 其横
10、截面变形后仍保持为平面,且仍然垂直于变形后 的梁轴线 。 d 平行 于中 面 的各 层 材料 互不 挤 压 ,即板 内垂 直于板 面的正应力 较小 ,可忽略不计 。 分析模型:半径为R、 厚度为h 的圆平板受轴对称 载荷 P : , 在 r 、 0 、 。 圆柱 坐标 系中 , 有 M 、 M Q 三个 内力 分量 ; 轴对称性 : 几何对称, 载荷对称, 约束对称, 在 r 、 O , z 圆柱坐标 系 中, 挠度 只是 r的 函数, 而 与 无关 。 根据平衡方程 、几何协调方程、物理方程可得 应变与挠度关系几何方程 d O r 一 ( 1 ) d w 。 一了 薄板小 挠度 弯曲微分 方
11、程 + 一 = Q rd r ( 2 ) d r j r d D 、 图 9 固定圆薄板受力示意 图 根据 图 9口确定作用在半径 为 r的 圆柱截 面上 的 剪力 ,即 Q ,: =p 2 r 代入式 ( 2 )中,得均布载荷作用下圆平板弯曲 微分方程为 导 ( r 警 ) = 2p Dr c 3 , 对 r 连 续两 次 积 分得 到挠 曲面 在半 径 方 向的斜 率为 : 十 一 CI F +一 C 2 ( 4 ) d r 1 6 D。 2 。 r 、。 对 r 连 续 三 次 积 分 ,得 到 中 面在 弯 曲后 的挠 度 为 : +竿+ C 一 2 1n r ( 5 ) + 下+ +
12、 L 3 【 C 、 C : 、 C 。 均为积分常数。对于圆平板,在板中 心处 r=0挠曲面的斜率与挠度均为有限值,因而要 求积分常数 C : = 0 ,于是上述方程改写为 =i V 6 1 3+ 丁 Cl l- d r ( 6 ) 1 6 D 2 、 。 = 6 4 D +譬 ( 7 ) 一十 + c 3 ( 7 ) 式 中 C 、C 3由边 界条 件确 定 ,由于圆盘 试验 为 周边固支圆平板 ( 在支承处不允许有挠度和转角 ) , 因此 r = R ,警= 0 r = R = 0 将上述边界条件代入式 ( 6 ) 、式 ( 7 ) ,解得积 分常数为 c 一焉 C3 = 6t ? R4
13、 代入式 ( 6 ) 、式 ( 7 )得周边固支平板的斜率和 挠度方程 为 =一一p r( R d r 1 6 D 一r ) ( 8 ) L , , = ( 尺 一 = 1 63 e_ , ( 一r 2 ) 2 1- 2 - ( 9 ) 一 3 p R4 ( = 一 1 6 将 = h和式 ( 8 )代入式 ( 1 )得上下表面的 径 向应变和周 向应变为 = ) 1- E 2 ( 1 O ) = )1- E z 2 。 ) 科学研究及工 程设计 Sc i e n t i f i c Re s e a r c h En g i n e e r i n g De s i g n 3 2 蠕变理论
14、和弹性力学在求解 圆盘试验径向 应变中的应用 圆盘试验是在较小 的恒定水压力 下进行 的,其挠 度 随时间不断发展 ,直至 出现裂缝和漏 水。由弹性力 学 和薄板理论可知 ,在 同一温度下 ,当对 沥青混凝土 圆盘在下部施加 的水压力 为恒定值时 ,其对 应 的圆板 中应力分 布的径 向正应力 和周 向正 应力均 为恒定值 , 不 随时间而变化 ,此后 随着时 间的发 展 ,应变不断增 大。结合蠕 变理论 ,可知 3种温度下 的圆盘试验应力 均较小,符合蠕变理论。同时根据蠕变理论施加的水 压 力可以看成是 静力过 程和时间蠕 变过程 的叠加 ,即 应力会产生一个与时间无关的瞬态应变,然后蠕变应
15、 变随时间发展 。 由于本次圆盘试验的缺陷 ,未能测定其应变 随时 间的变化过 程 ,而 仅 仅是 取 三分 点 对其 挠 度进 行 测 定 ,这里只有 圆盘试 验 的时 间一 挠 度 曲线 。但 是我 们 通过观察发现 ,3种温度 下的 圆盘试验第 一阶段 的蠕 变应变部分较短 ,第二阶段的蠕变部分很长,对于 2 时第三阶段的加速蠕变部分相对明显,而 1 1 G C和 2 5 时的圆盘试验不存在第三阶段的加速蠕变部分即 漏水 ,对于三 种温 度 初 裂时 都处 于 第 二稳 态 蠕变 阶 段,三种温度下的圆盘试验挠度一 时间曲线在初裂之 前都可近似为线性 的,因而基本可 以把三种 温度下 的
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