【正文】 壓不陷碾為控制條件，新拌碾壓混凝土出機(jī)口 VC 值將會控制在 3～ 5 s 甚至更低的水平。 碾壓混凝土壩由于在施工過程中層層碾壓 ,因而存在眾多的施工 層面 . 與普通混凝土壩相比 ,碾壓混凝土壩的碾壓層本體與常規(guī)混凝土壩的滲漏性態(tài)相似 ,而碾壓層的施工層面則與常規(guī)混凝土壩的滲漏性態(tài)相差較大 ,因此 ,在建立碾壓混凝土壩滲漏安全監(jiān)控模型時要綜合考慮碾壓層本體和施工層面不同的滲漏特性 . 對于碾壓混凝土壩壩體 ,庫水位、溫度以及時效的變化是影響大壩滲漏的重要因素 . 庫水位及溫度的變化引起壩體孔隙水壓力及滲漏量的變化 。起初只是模仿研究金屬材料所采用的方法，但由于混凝土是由水泥、砂子、石子等經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)而生成的多相的復(fù)合材料，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，因而其破壞機(jī)理也很復(fù)雜，因此隨著研究工作的不斷深入，舍棄了不符合碾壓混凝土特點(diǎn)的一些基本假定、理論及試驗方法，采用了能反映碾壓混凝土本身特點(diǎn)的新假定、新理 論及新的試驗方法，從而逐漸形成了斷裂力學(xué)在非金屬方面的又一分支 — 混凝土斷裂力學(xué)。但研究者都在實驗中發(fā)現(xiàn)，采用線彈性斷裂力學(xué)公式用最大荷載和初始 縫長求得的 kic 或 Gic 存在著明顯的尺寸效應(yīng)。另一種看法是，產(chǎn)生尺寸效 應(yīng)的原因是未考慮縫端微裂區(qū)和裂縫的亞臨界開展長度 。研究結(jié)果表明，水灰比對混凝土的 kic 影響較大，隨水灰比 w/c 的增大， kic 減少 。鑒于用一般力學(xué)方法難以 分析裂縫的穩(wěn)定性，因而水科院結(jié)構(gòu)所首次進(jìn)行了混凝土斷裂韌度試驗，并用斷裂力學(xué)方法分析了閘墩裂縫的穩(wěn)定性。在長期的研究過程中，人們往往忽略碾壓混凝土的復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)。 另外，人們認(rèn)識碾壓混凝土最重要的途徑就是通過混凝土的力學(xué)試 驗。此外，碾壓混凝土的力學(xué)性質(zhì)都由大量的分散的試驗結(jié)果來標(biāo)定，并且重復(fù)試驗具有很大的困難。由晶體結(jié)構(gòu)及分子結(jié)構(gòu)組成，可用電子顯微鏡觀察分析，是材料科學(xué)的研究對象； (2)細(xì)觀層次 (Mesolevel)。相同配合比、相同條件的砂漿試件，通常其力學(xué)性能也比較穩(wěn)定，可以由試驗直接測定。有限元計算結(jié)果反映了一定體積內(nèi)的平均效應(yīng)，這個特征體積的平均應(yīng)力和平均應(yīng)變的關(guān)系成為宏觀的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。關(guān)于混凝土本構(gòu)關(guān)系的研究也有大量文獻(xiàn)，概括起來混凝土本構(gòu)關(guān)系模型主要有以下三種： (a) 彈性本構(gòu)模型 ,包括線彈性和非線性彈性本構(gòu)模型； (b)以經(jīng)典塑性理論為基礎(chǔ)的本構(gòu)模型； (c)基于不可逆熱力學(xué)的本構(gòu)模型，包括內(nèi)蘊(yùn)時間模型和損傷力學(xué)模型。砂漿和粗骨料接觸面處是混凝土內(nèi)部的薄弱環(huán)節(jié)，正是這種接觸面導(dǎo)致混凝土具有較低的抗拉強(qiáng)度。 材料和物理學(xué)家從微觀的角度研究微缺陷產(chǎn)生和擴(kuò)展的機(jī)理，但是所得結(jié) 果不易與宏觀力學(xué)量相關(guān)聯(lián)。 混凝土細(xì)觀力學(xué)的試驗研究 隨著自動控制系統(tǒng)和電液伺服加載系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)試驗中的廣泛應(yīng)用，從根本上改變 了試驗加載的技術(shù)，由過去的重力加載逐步改進(jìn)為液壓加載，進(jìn)而過渡到低周反復(fù)加載、擬動力加載以及地震模擬隨機(jī)振動臺加載等。由計算機(jī)完成的各種數(shù)據(jù)采集和自動處理系統(tǒng)可以準(zhǔn)確、及時、完整地收集并表達(dá)荷載與試件材料行為的各種信息。進(jìn)行細(xì)觀力學(xué)數(shù)值模擬試驗要以基本試 驗數(shù)據(jù) 為基礎(chǔ)，數(shù)值模擬的結(jié)果最終還要得到宏觀試驗結(jié)果的驗證。 van Mier J G M.、 Horsch T 和Schlangen E 等給出了混凝土三 相組成材料的力學(xué)特性具有參考價值的試驗資料。為了獲得這些基本參數(shù)，有針對性地進(jìn)行試驗，特別是對水泥骨料結(jié)合面的力學(xué)特性開展研究是必不可少的?；炷潦且环N多相介 質(zhì)的復(fù)合材料，其力學(xué)特性與所采用的水泥標(biāo)號、骨料質(zhì)量、水灰比、混凝土的配合比、制作方法、養(yǎng)護(hù)條件以及混凝土齡期等有關(guān)。 本文的主要研究工作 應(yīng)用白光數(shù)字散斑法實驗研究碾壓混凝土試件Ⅰ型裂紋損傷及開裂過程，探索碾壓混凝土材 料的破壞機(jī)理，分析碾壓混凝土材料的斷裂規(guī)律 。 2 碾壓混凝土試驗 DSCM— 白光數(shù)字散斑相關(guān)方法 數(shù)字散斑相關(guān)方法 (Digital Speckle Correlation Method,DSCM)又稱為數(shù)字圖像相關(guān)(Digital Image Correlation,DIC)、數(shù)字圖像 /散斑相關(guān) (DigitalImage/Speckle Correlation， DISC)以及數(shù)字強(qiáng)度相關(guān)方法 (Digital Insity Correlation Method， DICM)等，其基本原理是匹配物體表面不同變形條件下的數(shù)字化散斑圖像上的幾何點(diǎn)，跟蹤點(diǎn)的運(yùn)動位置從而獲得物體表面變形信息。 數(shù)字散斑相關(guān)的基本原理 在數(shù)字散斑相關(guān)法中，用一束激光照明被測物體表面并拍攝物面變形前后的散斑圖像。當(dāng)物面在某種物理作用下發(fā)生微小形變時，可以認(rèn)為變形只改變散射基元的空間位置而基本上不影響其散射特性，因而也基本上不影響散斑場的微觀結(jié)構(gòu)，這樣散斑圖上每一點(diǎn)的子區(qū)也基本上僅僅隨該點(diǎn)做相應(yīng)的位移。因此 P’ 位置可以通過對子區(qū)的相關(guān)搜索來找出，具體做法是在變形后的散斑圖上取一系列位置不同的子區(qū) (大小與子區(qū) A 相等 )，逐個與 A 相關(guān)，計算相關(guān)系數(shù)。關(guān)于混凝土 I 型斷裂的研究也由 最初的將線彈性斷裂力學(xué)直接應(yīng)用于混凝土到考慮混凝土的非線性特征。 K=Kiniic 裂縫開始穩(wěn)定擴(kuò)展 。但對于起裂韌度的計算，規(guī)程中并沒有采用雙 K斷裂理論通常所用的由失穩(wěn)韌度減去由粘聚力所引起的應(yīng)力強(qiáng)度因子的方法，而是通過由試驗曲線直接確定起裂荷載，進(jìn)而直接計算起裂韌度。而且在實際的碾壓過程中，由于兩種材料之間相互的滲透，使得在層面的位置的材料所體現(xiàn)出來的性質(zhì)可能為二者綜 合的性質(zhì)，因此，本文將碾壓混凝土與層面作為一個整體，將其作為一種材料從宏觀的角度加以考慮，運(yùn)用已有的理論以試驗得到的結(jié)果為依據(jù)分析各種工況層面的影響及規(guī)律。認(rèn)為當(dāng) K1= Kiniic 時，裂縫開始起裂 。 雙 K斷裂參數(shù)的計算公式 裂縫尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子按以下公式計算 : )(?Fht PK hI ?? ? ? ?? ? （ 26） 式中： IK 為裂縫的應(yīng)力強(qiáng)度因子 ? ?mMPa ； 23)1) ] (([)( ????? ???F （ 27） 00hh ha???? 是裂縫的相對縫長， a 為裂縫的長度， h 為試件高度， t 為試件厚度，0h 為刀口厚度，單位均為（ m）； hp 為試件施加的水平荷載（ KN） ?tan2 mgpp vh ?? （ 28） 式中： vp 為試驗測得的豎向荷載（ KN）； mg 為楔形加載架的重量（ KN），這里為 ； ? 為楔形加載器的楔面與縱軸的夾角，這里 ??15? 。將 maxvp 和 ca 代入式（ 26）中，就得到了雙 K 斷裂參數(shù)中的混凝土失穩(wěn)斷裂參數(shù) unicK ，即 )(t a n2 m a x cvunic FhtmgpK ?? ???? ， 23)1) ] (([)( ????? cccF ??? 其中00hh hacc ???? 。而且，碾壓混凝土雖然是各向異性材料，但試驗中試件的碾壓層方向與裂縫的開裂方向是垂直的。 Webiull 根據(jù)環(huán)節(jié)破 壞的概率作為應(yīng)西南交通大學(xué) 網(wǎng)絡(luò)教育 畢業(yè)設(shè)計 （ 論文 ） 20 力的函數(shù)，計算出一種材料體積為 V1 和 V2 的兩試件破壞時的應(yīng)力比為 : mVV12121 ??????????? （ 219） 其中， m為威布爾模數(shù) 。因而，本文確定碾壓混凝土斷裂韌度的尺寸效應(yīng)公式的方法是在現(xiàn)有普通混凝土斷裂韌度尺寸效應(yīng)公式的基礎(chǔ)上，結(jié)合已有碾壓混凝土斷裂韌度試驗結(jié)果選定一個適用于碾壓混凝土的公式形式并確定其中的參數(shù)。 ])21(2[)1(3 1),)(1(2 001 ecccceecce VVaxUaafP ???? ????????? （ 216） 式中 )e x p ()1()e x p (])1[231002301 ccwC T O DwC T O DcwC T O Dc CCCc ??????? （? （ 217） 這里 31?c , 72?c , mw ?1600 ? , CCTOD 為裂縫尖端臨界張開位移，其與裂縫口臨界張口位移 CCMOD 的關(guān)系式為： 2120xx0 ]})(/)[()/1{( ccccCC aaaahaaaC M O DC T O D ????? （ 218） 這樣由式（ 213）可計 算得到由混凝土粘聚力引起的臨界裂縫長度處的應(yīng)力強(qiáng)度因子 cicK ，將其代入式（ 212）中可得到混凝土的起裂斷裂韌度 iniKic 。 試驗的過程中，當(dāng)荷載達(dá)到最大值 maxvp 時， 對應(yīng)的裂縫口張開位移、裂縫長度達(dá)到臨界值，即裂縫口臨界張開位移 cCMOD 、臨界裂縫長度 ca 。當(dāng) K1=Kunic時，裂縫開始失穩(wěn)擴(kuò)展?；炷亮芽p擴(kuò)展過程可大致分為裂縫起裂、穩(wěn)定擴(kuò)展、失穩(wěn)擴(kuò)展三個階段。其為： ZyIZR me ??? （ 23） 其中 ZdzdZZdzZdZdzZd ??? , 根據(jù) CauchyRiemann 方程有 022 ???? ZIZR me （ 24） 由此各應(yīng)力可按下式確定： ZyIZR mex ??? ZyIZR mey ??? （ 25） ZyRexy ??? 2)本體的雙 K 斷裂參數(shù)的確定 碾壓混凝土層面問題嚴(yán)格的說應(yīng)屬于兩種相同材料之間結(jié)合另一種材料的復(fù)合材料問題。 K=Kunic 裂縫開始失穩(wěn)擴(kuò)展 。而傳統(tǒng)意義上的線彈性斷裂力學(xué)和適用于金屬材料的斷裂模型并不適合混凝土材料，根據(jù)混凝土現(xiàn)有理論結(jié)合混凝土自身變形特點(diǎn)，研究學(xué)者相繼提出了適用于混凝土類非線性材料的雙 K 模型，將混凝土裂縫前端斷裂過程區(qū)的粘聚力與能得到解析解的應(yīng)力強(qiáng)度因子概念結(jié)合起來，提出了混凝土起裂韌度 Kiniic 和失穩(wěn)斷裂韌度 Kunic的計 算方法，同時提出了雙 K 斷裂準(zhǔn)則來描述混凝土破壞的全過程 :裂縫初始起裂、穩(wěn)定擴(kuò)展和失穩(wěn)破壞。因此通過記錄物體變形前后的兩幅散斑灰度圖，找到某一子區(qū)的相關(guān)最大點(diǎn)，即可以得到物體位移或變形后該子區(qū)的位置，從而確定物體的位移量。 西南交通大學(xué) 網(wǎng)絡(luò)教育 畢業(yè)設(shè)計 （ 論文 ） 15 假設(shè)在物體變形前，物面上的待測點(diǎn) p 在變形后 位移到了 P’ ，則變形前散斑圖上點(diǎn)p 的子區(qū) A 就與變形后散斑圖上點(diǎn) P‘ 的子區(qū) B 相對應(yīng)，兩者的相關(guān)性最高，相關(guān)系數(shù)最大。前面我們已經(jīng)說過，散斑分布是隨機(jī)的，而當(dāng)光源不變時候，散斑場又是固定的。散斑場是一種圖像顏色強(qiáng)度高度隨機(jī)分布的結(jié)構(gòu)，其統(tǒng)計特性表明圖像中一個點(diǎn)一定大小鄰域內(nèi)的散斑圖案作為整體唯一地區(qū)別于 圖像中其他任何點(diǎn)鄰域內(nèi)的散斑圖案，這是散斑場用來表征點(diǎn)的位置的理論依據(jù)。 2 研究 I 型裂縫起裂狀態(tài)下裂縫擴(kuò)展以及誘導(dǎo)縫開裂情況等問題。因此，深入系統(tǒng)地進(jìn)行全級配大壩混凝土的靜、動態(tài)試驗研究，弄清全級配混凝土和濕篩混凝土的力學(xué)特性及其在不同初始靜載時的動強(qiáng)度變化規(guī)律對高拱壩抗震設(shè)計是至關(guān)重要的。該項試驗研究試件樣本容量較少，但據(jù)此得出的初步結(jié)論表明：在與高拱壩長周期相應(yīng)的加載速率下，全級配混凝土和濕篩混凝土的動態(tài)抗壓強(qiáng)度及動態(tài)抗壓彈性模量較靜態(tài)值提高幅度不等，但都低于目前規(guī)范所規(guī)定的 30%；在試驗的加載速度下，全級配混凝土的動態(tài)彎拉強(qiáng)度和動態(tài)彎拉彈性模量較靜態(tài)值提高幅度均低于 30%。應(yīng)該指出，上述文獻(xiàn)有關(guān)骨料、固化水泥砂漿基質(zhì)的力學(xué)特性都有一些試驗統(tǒng)計數(shù)據(jù)，而水泥骨料結(jié)合面力學(xué)特性指標(biāo)的試驗研究則較為少見。劉光廷等給出了粗骨料、水泥漿體及其結(jié)合面的抗拉強(qiáng)度、彈模等統(tǒng)計參數(shù)。在從細(xì)觀層次入手進(jìn)行混凝土的斷裂過程模擬時，混凝土被視為由砂漿基質(zhì)、粗骨料以及兩者之間界面組成的復(fù)合材料，必須通過試驗確定這三相組成材料的力學(xué)性質(zhì) (包括 彈性模量、強(qiáng)度、本構(gòu)關(guān)系等 )，以此為基礎(chǔ)才能進(jìn)行混凝土試樣的斷裂過程模擬，但是模擬結(jié)果還必須與真實試件的宏觀試驗結(jié)果進(jìn)行比較，以驗證其正確性和適用性。在試驗數(shù)據(jù)的采集和處理方面，實現(xiàn)了量測數(shù)據(jù)的快速采集、自動化記錄和數(shù)據(jù)自動處理分析等。但是斷裂力學(xué)無法分析宏觀裂紋出現(xiàn)以前材料中微缺陷或微裂紋的形成及其發(fā)展對材料力學(xué)性能的影響。由于骨料和砂漿的剛度不同，在加載過程中，這種裂縫還將進(jìn)一步發(fā)展，以致使混凝土在宏觀上的應(yīng)力應(yīng)變曲線呈現(xiàn)出非線性。這種微裂縫一般首先在較大骨料顆粒與砂漿接觸面 (粘結(jié)帶 )上形成，即所謂 的初始粘結(jié)裂縫。為了研究其材料組織結(jié)構(gòu)和裂縫的開展以及在單軸、雙軸、三軸應(yīng)力的作用與強(qiáng)度之間的關(guān)系，人們作了大量試驗。特征尺寸大于幾厘米，混 凝土作為非均質(zhì)材料存在著一種特征體積，一般認(rèn)為是相當(dāng)于 3～ 4 倍的最大骨料體積。在這個層次上，混凝土被認(rèn)為是一種由粗骨料、硬化水泥砂漿和它們之間的過渡區(qū) (粘結(jié)帶 )組成的三相材料。一般從特征尺寸和研究方法的側(cè)重點(diǎn)不同將混凝 土內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為三個層次：