某碾压混凝土拱坝诱导缝应力与开裂研究

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1、第37卷第5期人民黄河Vo1．37．No．52015年5月YELL0WRIVERMay，2015【工程建设管理】某碾压混凝土拱坝诱导缝应力与开裂研究陈浩洁，王蔚楠，吴震宇，陈建康(四川大学水利水电学院，四川成都610065)摘要：以四川木里河某水电枢纽工程为研究对象，对其碾压混凝土拱坝诱导缝应力及开裂进行研究。利用ANSYS建立三维有限元应力模型，计算得到坝体及诱导缝应力。根据双K断裂准则和混凝土虚拟裂缝理论，从断裂力学角度，利用无限大板穿透裂缝模型和无限大体深埋椭圆模型，计算出诱导缝的等效强度。计

2、算结果表明，设置诱导缝减小了诱导缝附近坝面的温度应力，使坝体两侧的诱导缝受拉裂破坏对称，其拉裂破坏都发生在大坝浇筑完成后的冬季降温期。关键词：有限元；诱导缝；等效强度；碾压混凝土拱坝中图分类号：TV131．6；TU444文献标志码：Adoi：10．3969／j．issn．1000—1379．2015．05．034采用通仓连续浇筑方式进行碾压混凝土筑坝，水凝土的微裂区仍然具有黏聚力，能够进行应力传递。泥用量较少、水化热温升较小，但由于坝面上升速度随着荷载的增加，黏聚力下降，微裂缝数量增多，导致快，混凝

3、土水化热引起的温升来不及下降J，同时外其转变为一条宏观裂缝。虚拟裂缝模型研究表明，造部边界的温度与坝体内部温度不同，坝体内部各部位成混凝土断裂韧度尺寸效应的主要因素是混凝土失稳的温度与温降速度也不同，因此坝体内就会产生温度断裂前的亚临界扩展量△口，当荷载达到最大值P应力。此外，碾压混凝土徐变较小、极限拉伸变形较时，已经扩展的裂缝长a要大于诱导缝的预制缝长小、抗裂能力较低，从而导致温度裂缝J。工程中通a。所以计算失稳断裂韧度时应采用扩展后的裂过设置诱导缝来防止拱坝坝体中出现过多的无序温度缝长度，即ac

4、=a+Aac。裂缝。根据线弹性断裂理论，结合双断裂准则和Hill—国外关于碾压混凝土坝诱导缝的理论研究相对较erborg的虚拟裂缝模型，可以得到单直软化模型的有少，主要是介绍其在工程中的应用J。国内对碾压混效诱导缝长度计算公式-1：凝土诱导缝的研究开展得相对较多，包括对诱导缝模hTi~／f,(1)Fo=型试验的研究一]、断裂模型理论的研究及数值计算方面的研究。。等。笔者通过对某碾压混凝土拱坝Aac=3ro(2)应力计算和诱导缝等效强度计算的对比，分析设置诱ac=a+Aac(3)导缝对坝体应力的影响，

5、判断坝体左右两侧的4条诱式中：为碾压混凝土的单轴抗拉强度；为裂缝尖端导缝受到拉裂破坏的情况，并就此提出一些建议。非线性微裂区；为失稳断裂韧度；口为等效裂缝扩展长度；Aa为亚临界扩展量；0为诱导缝预制缝长。1诱导缝等效强度模拟方法1．2模拟简化模型，1．1理论基础诱导缝的结构设计是在裂缝断面按照一定的规律混凝土裂缝的扩展经历起裂、稳定扩展和混凝土埋置诱导块。该碾压混凝土拱坝共设计了4条诱导失稳断裂3个阶段。双断裂准则指出：当裂缝尖端缝，采用重力式混凝土预制板结构，在坝体内沿拱圈径应力强度因子K达到起裂

6、韧度时，裂缝起裂；当K向布置，每隔一碾压层布置一层诱导块。预制板长在起裂韧度和失稳断裂韧度之间时，裂缝稳定收稿日期：2014-03--04．÷扩展；当达到失稳断裂韧度时，混凝土失稳断作者简介：陈浩洁(1989一)，女j四川成都人，硕士研究生，研究方向为水工结构工程及基础工程。裂，此时的应力值盯作为诱导缝等效强度。虚拟裂通信作者：陈建康(1963一)，男，甘肃靖远人，教授，博士生导缝理论认为，带裂缝的任何材料构件在荷载作用下，裂师，主要从事水工结构方面的研究工作。缝扩展初始，裂缝尖端出现非线性微裂区r

7、n1。但混E．mail：962553241@qq．tom·】28·人民黄河2015年第5期1．0m、间距0．6m，沿高程方向缝宽0．3m、间距0．3m。电站装机容量355MW(包含10MW生态机组)，m(即一个碾压层)设置一个间断的诱导块。清华大学多年平均发电量为15．46亿kW·h。的曾昭扬¨将内部矩形诱导缝简化为无限大板穿透2．2混凝土物理力学参数裂缝模型，采用线弹性断裂力学方法，计算了混凝土失该拱坝坝体混凝土主要采用三级配C∞25碾压混稳扩展时诱导缝断面的远场应力，并以此作为诱导缝凝土。混凝土

8、材料试验结果显示，90d抗压弹性模量等效强度。大连理工大学的黄达_l将内部矩形诱导为33．5GPa。根据混凝土拱坝设计规范，坝体持续弹缝简化为无限大体深埋椭圆裂缝模型，建立了等效强性模量取试件弹性模量的0．65倍，为22GPa；线膨胀度与起裂韧度、裂缝扩展长度的函数关系。在此基础系数取5．62×10I6℃～，泊松比为0．167，容重为24上，可以得到大板穿透裂缝模型和大体深埋椭圆模型kN／m。的诱导缝等效强度计算公式。有限元模型计算中采用复合指数式来模拟弹性模1．2．