碾压混凝土断裂试验研究

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1、碾压混凝土断裂试验研究摘要：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，试件断裂时光纤断裂。光纤的埋设工艺是实用上需要研究解决的重要技术环节。关键词：碾压混凝土断裂韧度断裂能光纤传感裂缝　　沙牌水电站位于四川省汶川县境内岷江一级支流草坡河上，坝高132m

2、，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

3、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=30∶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

4、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)soNormal>①碾压混凝土试件②预制裂缝③加载支承④刚性梁⑤力传感器⑥挠度传感器⑦开度传感器⑧声发射传感器图1碾压混凝土三点湾曲梁试件图2预埋光纤的碾压混凝土三点弯曲梁试件①碾压混凝土试件②预制裂缝③刚性块④位移传感器图3碾压混凝土双面剪切试件图4碾压混凝土直剪试件1.3试验装置及测试过程　　试验采用美国产MTS815Teststar程控伺服岩石力学试验

5、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

6、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

7、式计算[１]：KⅠC＝PmaxL/BsoNormal>(1)式中：Pmax为临界荷载；L为梁的跨度；B为梁的宽度；soNormal>GF＝soNormal>(2)式中：soNormal>　　根据剪切试验实测曲线中的最大荷载如图8、图9所示，ＫⅡC的计算公式[１]：KⅡC＝Qmax/BsoNormal>当H/soNormal>当H/soNormal>式中：Qmax为最大剪力；H为试件高度；soNormal>表1碾压混凝土三点弯曲梁断裂试验结果试件编号劈裂抗拉强度ft/MPa最大荷载Pmax/N断裂韧度KⅠC/(kN/cm3/2

8、)断裂能GＦ/N/mⅠ－11.801440.00.501124.53Ⅰ－21.641289.50.456138.08Ⅰ－31.781340.00.474141.92Ⅰ－41.681250.00.442112.68Ⅰ－51.591259.00.445106.26Ⅰ－61.751323.00.