碾压混凝土断裂试验研究论文

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1、碾压混凝土断裂试验研究论文摘要：本文为研究碾压混凝土断裂特性，对沙牌拱坝碾压混凝土试件进行了三点弯曲梁断裂试验和剪切断裂试验研究，获得了试件的断裂韧度KⅠC、KⅡC和断裂能GF。试验中应用光纤传感检测技术，对试件开裂进行监测，研究结果表明，经处理后的二次涂覆单模光纤对碾压混凝土试件的开裂较敏感，当试件开裂时光强突变减弱，随着裂缝开度增大光强逐渐降低.freel，为目前世界上在建最高的碾压混凝土拱坝。大坝采用全断面通仓碾压施工方法，以三级配碾压混凝土为主。为了研究碾压混凝土断裂力学特性，为拱坝物理模型试验和数值计算分析提供基础资料，同时也为类似工程提供碾压混凝土断裂特性参数，对沙

2、牌拱坝三级配碾压混凝土本体试件进行了断裂试验研究。通过三点弯曲试验及剪切断裂试验，获得了碾压混凝土试件的断裂韧度和断裂能以及荷载与加载点位移关系和荷载与缝端开口位移关系全过程曲线。研究中，通过对碾压混凝土三点弯曲试件预埋光纤，应用光纤传感检测技术，研究了光纤对碾压混凝土试件开裂的敏感性，探索光纤的光强随试件开裂及裂缝发展过程的变化关系。1试验概况1.1原材料基本情况水泥采用四川白花水泥厂生产的中热普硅425＃水泥，粉煤灰为成都热电厂二级粉灰，砂子为人工砂，细度模数2.6～2.8，石粉含量16%～20%，石子为花岗岩人工骨料，三级配40～80mm∶20～40mm∶5～20mm=3

3、0∶40∶30，水胶比为0.506.碾压混凝土试件由国家电力公司成都勘测设计研究院科研所材料室制作，采用钢模浇筑成型，并按标准方法要求在养护室养护，龄期90d.混凝土的碾压模拟，采用附着式混凝土振动器。1.2试件制备按照试验内容要求，具体制作了如下3组试件：(1)带切口的三点弯曲梁试件6个，编号Ⅰ1－1～Ⅰ－6，主要测试碾压混凝土的I型断裂韧度KⅠC和断裂能GＦ。试件尺寸为：10cm×10cm×51.5cm，L(跨)TS815Teststar程控伺服岩石力学试验系统，测试碾压混凝土的断裂力学特性，并能自动实时记录荷载与加载点位移及荷载与缝端开度关系全过程曲线。试验中采用等位移速

4、率控制加载，加载速率为0.01mm/min.应变测试采用日本KYO600系列动态应变仪，该仪器有8个测试通道精确地测试应变。光纤传感检测采用广州仪器公司生产的AI9301A/AI9302A型高稳定度智能光功率计检测光纤中光信号的变化，其工作波长1300mm.同时还使用了TD2000型OTDR(光时域反射计)作对比，其工作波长为1300mm，损耗分辨率0.01dB，距离分辨率0.1m.试验装置及测试过程如图5所示。2试验成果及分析通过试验测得三点弯曲梁试件荷载与加载点位移全过程关系曲线和荷载与缝端开口位移全过程关系曲线，以及预埋光纤三点弯曲梁试件光强与缝端张开位移曲线和剪切试验荷

5、载与位移关系曲线共26张，限于篇幅，仅列出典型的相关曲线，如图6～图9所示。图5试验装置及测试过程图6三点弯曲梁试验荷载与加载点位移关系曲线图7光纤传感试件裂缝光强与缝端张开位移关系曲线图8双面剪切试验荷载与剪切位移关系曲线图9直剪试验荷载与剪切位移关系曲线以三点弯曲梁实测曲线中最大荷载为裂纹失稳扩展的临界荷载如图6所示，试件的Ⅰ型断裂韧ＫⅠC按下式计算１：KⅠC＝PmaxL/BPa最大荷载Pmax/N断裂韧度KⅠC/(kN/cm3/2)断裂能GＦ/N/mⅠ－11.801440.00.501124.53Ⅰ－21.641289.50.456138.08Ⅰ－31.781340.00

6、.474141.92Ⅰ－41.681250.00.442112.68Ⅰ－51.591259.00.445106.26Ⅰ－61.751323.00.468120.72Ⅱ－22.011640.00.579149.07Ⅱ－31.871500.00.530138.73注：1劈裂抗拉强度试件尺寸10×10×10cm3.2试件Ⅱ-1、Ⅱ-4在搬运中光纤脆断，未能测试。表2碾压混凝土剪切断裂试验结果试件编号试验情况最大剪力Qmax/N断裂韧度KⅡC/(kN/cm3/2)Ⅲ－1双面剪切24346.90.860Ⅲ－2双面剪切23714.30.837Ⅲ－3双面剪切22693.90.801Ⅲ－4双面

7、剪切30622.41.081Ⅲ－5直剪26428.61.088Ⅲ－6直剪21755.10.895Ⅲ－7直剪25102.21.033Ⅲ－8直剪20510.20.845Ⅲ－9直剪23744.90.977Ⅲ－10直剪25693.91.058ＧＦ值不仅与荷载和挠度关系曲线下的面积有关，还与梁断裂时的最大变形以及韧带断面面积有关。需要说明的是，该试验结果未考虑试件尺寸效应的影响。混凝土的断裂韧度ＫⅠC和断裂能GF都具有明显的尺寸效应。大量的试验证明１，试件的平面尺寸愈大，求得的ＫⅠC愈大，而ＫⅠC值增