【正文】 級(jí)粉煤灰，它的最顯著特點(diǎn)是具有較強(qiáng)的減水作用以固定水膠比的方式摻人粉煤灰，它的這一作用沒有得到體現(xiàn)。由于 I級(jí)粉煤灰具有較強(qiáng)的減水作用，在固定水膠比下，混凝土用水量的減少必將伴隨著膠材用量的減少，使得水泥漿體含量減少。因此，以這種方式摻用品質(zhì)優(yōu)良的 I級(jí)粉煤灰可以在較大的范圍內(nèi)使混凝土強(qiáng)度提高，即便在較早的齡期，混凝土力學(xué)性能也不會(huì)顯著地降低。 (b)對(duì)于 Ⅱ 級(jí)粉煤灰，它的摻人對(duì)混凝土用水量影響不大對(duì)于這種粉煤灰，固定水膠比的摻 入 方式與固定膠材用量的摻人方式是一致的。 (c)對(duì)于 Ⅲ 級(jí)粉煤灰和等外粉煤灰，它們不僅沒有減水作用，而且還顯著增加混凝土用水量。對(duì)于混凝土的拉伸性能，盡管一般來說，摻較差粉煤灰混凝土的拉伸性能低于不摻粉煤灰混凝土的拉伸性能，但不像摻 I級(jí)粉煤灰時(shí)那樣明顯，其原因是摻 Ⅲ 級(jí)粉煤灰和等外粉煤灰將導(dǎo)致混凝土用水量的顯著增加，而在相同水西南交通大學(xué) 網(wǎng)絡(luò)教育 畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 3 膠比下，用水量的增加必將伴隨著膠凝材料用量的顯著增加。因此，必須根據(jù)具體情況作具體分析。自此將碾壓混凝土應(yīng)用于大壩工程。 碾壓混凝土壩施工 目前建設(shè)的碾壓混凝土壩 ． 采用高摻粉煤灰 (60％ 65％ )和低水泥用量 (50％ 60kg/m3)的做法 。 采用低于 5sVc 值混凝土 。 其層面的結(jié)合質(zhì)量和常態(tài)混凝土沒有區(qū)別，所以在壩的上游面 、 孔洞結(jié)構(gòu)周邊 、 巖石邊坡接合等部位可以采用同一種混凝土 。 連續(xù)上升澆筑混凝土碾壓混凝土壩是施工的關(guān)鍵技術(shù) 。對(duì)不設(shè)橫縫的整體壩則是全壩面澆筑。但由于倉面大 , 上層混凝土有可能還未及時(shí)澆筑 , 由于層間間隔時(shí)間過長 , 下層混凝土已經(jīng)初凝 , 因此層面便產(chǎn)生冷縫。盡管工程界現(xiàn)從滿足設(shè)計(jì)技術(shù)要求的物理力學(xué)性能指標(biāo)出發(fā) , 用碾壓混凝土施工層間允許間隔時(shí)間如何合理確定是 關(guān)鍵問題 , 用碾壓混凝土的初凝時(shí)間及對(duì)應(yīng)的貫入阻力兩個(gè)指標(biāo)可權(quán)使問題迎刃而解 , 且更為合理。近期還將有很多大壩采用碾壓混凝土施工 , 這無疑給碾壓混凝土的施工設(shè)備帶來廣闊的市場(chǎng)。 (b)普定碾壓混凝土拱壩工程 20 世紀(jì) 90 年代初期建成的普定碾壓混凝土拱壩，是我國第一座高度超過 80 m 的碾壓混凝土拱壩。為提高層面結(jié)合能力，防止層面滲漏，還采用了在上游迎水面二級(jí)配混凝土區(qū)層面鋪小水膠比的水泥粉煤灰凈漿，在該壩施工后期，逐漸發(fā)展成在迎水面防滲二級(jí)配混凝土加凈漿、用 插入式振搗器振搗的變態(tài)混凝土技術(shù)。正是由于在碾壓混凝土筑壩材料方面采取了綜合技術(shù)措施，保證了碾壓混凝土本體的抗?jié)B性能，提高了層面結(jié)合性能，使得我國第一座全斷面碾壓混凝土拱壩，在上游面不另設(shè)防滲層的情況下，達(dá)到了防裂、防滲、層面結(jié)合良好的目標(biāo)。 （ 2）成功地在干燥、嚴(yán)寒、溫差大的自然條件下采用外摻 MgO 技術(shù)，均外摻 MgO 4%左右，以部分補(bǔ)償碾壓混凝土的收縮，減少了混凝土的裂縫。 （ 4）西北地區(qū)天然砂石骨料中砂子細(xì)度模數(shù)為 ～ ，細(xì)顆粒含量為 5%～ 20%，通過對(duì)砂子品質(zhì)對(duì)碾壓混凝土的影響進(jìn)行深入研究，進(jìn)一步揭示了砂子品質(zhì)對(duì)碾壓混凝土各項(xiàng)性能的影響。 (d)索風(fēng)營等工程 西南交通大學(xué) 網(wǎng)絡(luò)教育 畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 7 進(jìn)入 21 世紀(jì)之后，由于水電建設(shè)的快速發(fā)展，碾壓混凝土筑壩技術(shù)在我國也得到了迅速發(fā)展，已成為國內(nèi)主流壩型之一。對(duì)人工砂的細(xì)度模數(shù)要求更高，要求中砂的細(xì)度模數(shù)在 左右，級(jí)配、粒徑分配更好，充分重視砂中細(xì)顆粒含量的利用，由于外加劑減水作用增強(qiáng)，砂中細(xì)顆粒含量增加后，用水量并無明顯增加，但其可碾性、施工和易性、層面結(jié)合性能等得到了大幅提高。雖然近期碾壓混凝土筑壩材料出現(xiàn)了兩個(gè)新的研究方向：一是對(duì)骨料要求很低、簡(jiǎn)易拌和、 水泥和膠凝材料的用量很少、對(duì)材料幾乎沒有防滲要求的新型碾壓筑壩材料；二是提高最大骨料粒徑的四級(jí)配碾壓混凝土筑壩材料，但到目前還沒有在主體工程中應(yīng)用的實(shí)例。 （ 4）摻和料除粉煤灰外，將會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大研究高爐磷渣、錳渣及其他礦物廢棄料作為摻和料的可能性及其性能。 （ 8）為了延長北方嚴(yán)寒地區(qū)施工時(shí)間，將更加注重碾壓混凝土材料在負(fù)溫下的施工技術(shù)研究，以便能夠利用北方冬季的部分時(shí)段繼續(xù)施工，進(jìn)一步提高碾壓混凝土施工速度。隨著時(shí)間的推移 ,大壩的滲漏狀態(tài)也會(huì)發(fā)生改變 . 而庫水位、溫度變化作用的效應(yīng)各異 . 通過監(jiān)測(cè)壩體溫度場(chǎng)的資料可直接反映溫度變化對(duì)大壩滲漏狀態(tài)的影響 ,但庫水位變 化對(duì)大壩滲漏狀態(tài)的影響存在滯后效應(yīng) . 大壩的滲漏狀況不但受到分析時(shí)刻對(duì)應(yīng)水壓作用的影響 ,而且還受到前期水壓作用的影響 . 大壩滲漏分析表明 ,庫水位變化對(duì)大壩滲漏狀態(tài)影響的滯后效應(yīng)作用機(jī)理比較復(fù)雜 ,歸納起來主要有以下幾點(diǎn)原因 : (a) 滲流場(chǎng)內(nèi)的水壓力傳遞時(shí)間與滲漏場(chǎng)介質(zhì)的物理特性有關(guān) . (b) 大壩運(yùn)行過程中 ,庫水位是連續(xù)變化的 ,壩體滲流場(chǎng)是庫水位變動(dòng)時(shí)非穩(wěn)定滲流瞬時(shí)狀態(tài)的反映 ,非穩(wěn)定滲流是造成滲漏滯后于庫水位變化的主要影響因素 .由此可知 ,庫水位西南交通大學(xué) 網(wǎng)絡(luò)教育 畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 9 變化對(duì)碾壓混凝土壩滲漏狀態(tài)影響的滯后效應(yīng)機(jī)理十分復(fù)雜 ,一般難以 用常規(guī)的數(shù)學(xué)模型方法求得大壩的滲漏滯后時(shí)間 ,通常采用大壩滲漏監(jiān)測(cè)量的過程線與庫水位變化過程進(jìn)行類比的方法來粗略確定兩者相位之差 (即兩者出現(xiàn)的峰谷時(shí)間差 ) 作為滯后時(shí)間 . 本文針對(duì)這一問題 ,結(jié)合碾壓混凝土的自身特點(diǎn) ,在常規(guī)分析方法的基礎(chǔ)上 ,提出庫水位滯后影響函數(shù) ,并根據(jù)碾壓混凝土壩壩體的實(shí)際滲漏監(jiān)測(cè)資料 ,建立能反映滯后效應(yīng)的碾壓混凝土壩滲漏安全監(jiān)控模型 碾壓混凝土的力學(xué)性能 Neville 和 Kaplan 首次把斷裂力學(xué)概念應(yīng)用于碾壓混凝土，進(jìn)行了斷裂韌度試驗(yàn) ]12[ 。 1973 年第三屆國際斷裂力學(xué)會(huì)議曾設(shè)專題研究碾壓 混凝土斷裂力學(xué)，此后每屆國際斷裂力學(xué)會(huì)議都有有關(guān)碾壓混凝土斷裂力學(xué)的文章。這引起了人們的普遍關(guān)注和重視，進(jìn)而開展的研究工作充分證實(shí)了碾壓混凝土斷裂韌度 kic 或 Gic 存在的尺寸效應(yīng)現(xiàn)象。第三看法是同意 Carpinteri 的脆性指數(shù)理論 ]14[ 。隨齡期的增長， kic 有所增大且逐漸趨于穩(wěn)定 。然而導(dǎo)致混凝土斷裂力學(xué)在我國取得長足進(jìn)步的卻是湖南拓溪大頭壩的裂縫事故叫，繼 1969 年 6 月該壩 1支墩發(fā)生大面積劈頭裂縫之后， 1977 年 5 月 2支墩又出現(xiàn)了類似 情形，這使工程界極為震驚，從而加快了混凝土斷裂力學(xué)的研究進(jìn)程。在對(duì)材料的宏觀本構(gòu)關(guān)系的描述中，碾壓混凝土被視為宏觀均勻連續(xù)體，也就是說，材料內(nèi)部各點(diǎn)具有相同的性質(zhì)。試驗(yàn)可以為我們提供第一手的寶貴資料，但是，試驗(yàn)結(jié)果卻受各方面因素的影響，如加載條件、試驗(yàn)機(jī)剛度、測(cè)試系統(tǒng)精度等。 西南交通大學(xué) 網(wǎng)絡(luò)教育 畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 11 從細(xì)觀力學(xué)研究碾壓混凝土 研究方法 混凝土是由水、水泥和粗細(xì)骨料組成的復(fù)合材料。從分子尺度到宏觀尺度，其結(jié)構(gòu)單元尺度變化范圍在 10 4? 厘米至幾厘米，或更大些，著眼于粗細(xì)骨料、水泥水化 物、孔隙、界面等細(xì)觀結(jié)構(gòu)，組成多相復(fù)合材料，可按各類計(jì)算模型進(jìn)行數(shù)值分析。由泌水、干縮和溫度變化引起粗骨料和水泥砂漿之間產(chǎn)生初始粘結(jié)裂縫，而這些細(xì)觀內(nèi)部裂隙的發(fā)展將直接影響混凝土的宏觀力學(xué)性能； (3)宏觀層次 (Macrolevel)。長期以來，人們對(duì)混凝土材料和構(gòu)件宏觀力學(xué)性能的劣化直至破壞全過程的機(jī)理、本構(gòu)關(guān)系、力學(xué)模型和計(jì)算方法都非常重視，并且用各種理論和方法進(jìn)行了研究。 西南交通大學(xué) 網(wǎng)絡(luò)教育 畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 12 對(duì)混凝土細(xì)觀結(jié)構(gòu)的研究表明，即使在加載以前，混凝土內(nèi)部已有微裂縫存在。粘結(jié)裂縫的數(shù)量取決于許多因素，包括骨料尺寸及其級(jí)配、水泥用量、水灰比、固化強(qiáng)度、養(yǎng)護(hù)條件、環(huán)境濕度和混凝土的發(fā)熱量等。而著眼于宏觀裂紋分析的混凝土裂斷力學(xué)理論和方法，主要研究裂紋尖端附近的應(yīng)力場(chǎng)、應(yīng)變場(chǎng)和能量釋放率等，以建立宏觀裂紋起裂、裂紋的穩(wěn)定擴(kuò)展和失穩(wěn)擴(kuò)展的判據(jù)。 CT 掃描，微波內(nèi)部成像，聲發(fā)射以及光纖應(yīng)變傳感器等已應(yīng)用于解決應(yīng)力、位移、裂縫、內(nèi)部缺陷、損傷及振動(dòng)的量測(cè)問題。試驗(yàn)的作用有兩個(gè)方面：一方 面，為細(xì)觀數(shù)值模擬提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括試樣組成材料的細(xì)觀力學(xué)性質(zhì)、試樣的尺寸等；另一方面，檢驗(yàn)數(shù)值模擬結(jié)果的可靠性。 所見的國內(nèi)最早進(jìn)行水泥漿體與骨料界面結(jié)合能力試驗(yàn)研究是同濟(jì)大學(xué)的吳科如等人 ,討論了增強(qiáng)硬化水泥漿體 粗骨料界面結(jié)合力對(duì)混凝土斷裂能的影響。文獻(xiàn)系統(tǒng)地討論了混凝土單軸壓、單軸拉，剪切 (Ⅱ ， Ⅲ 及混合型 )微裂縫產(chǎn)生、擴(kuò)展過程和細(xì)觀力學(xué)機(jī)制，研究了骨料尺寸、類型、水灰比、養(yǎng)護(hù)條件以及壓板摩擦約束和剛度對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。 “九五 ”期間，中國水利 水電科學(xué)研究院結(jié)合小灣高拱壩工程，進(jìn)行了大壩全級(jí)配混凝土靜、動(dòng)態(tài)試件的試驗(yàn)研究。試驗(yàn)時(shí)采用的試件尺寸和形狀、試驗(yàn)方法和加載速度不同，測(cè)得的數(shù)據(jù)也不同。本文主要進(jìn)行了以下幾個(gè)方西南交通大學(xué) 網(wǎng)絡(luò)教育 畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 14 面的工作 : 1）應(yīng)用白光數(shù)字散斑法實(shí)驗(yàn)研究碾壓混凝土試件Ⅰ型裂紋損傷及開裂過程，分析試件幾何尺寸對(duì)碾壓混凝土材料損傷及裂紋擴(kuò)張規(guī)律的影響，即尺寸效應(yīng)問題。數(shù)字散斑圖像是數(shù)字化的散斑場(chǎng)。被激光照明的物體可以看作表面粗糙的漫反射體，表面上每一點(diǎn)都可以看作互相獨(dú)立的散射基元，產(chǎn)生散射光 (子波 )，散射光經(jīng)攝像機(jī)鏡頭在像面上產(chǎn)生了一個(gè)衍射斑 (相干脈沖響應(yīng) )，所有的衍射班相干迭加形成亮暗相間的光場(chǎng) — 散射場(chǎng) (即物面的散射圖 )。在物體變形不大時(shí)，可以認(rèn)為子區(qū)本身沒有發(fā)生變化。所取子區(qū)位置越接近 P’ 點(diǎn)，相關(guān)系數(shù)就越大 (相關(guān)系數(shù)具有單峰值 )，使相關(guān)系數(shù)取得最大值的 子區(qū)中心位置就是 P’ 的位置，這就是散斑相關(guān)法原理。由于裂縫尖端存在亞臨界擴(kuò)展，混凝土的開裂過程表現(xiàn)出明顯的非線性特征。 Kiniic KKunic 裂縫處于穩(wěn)定擴(kuò)展階段 。 I 型裂紋應(yīng)力函數(shù)分析 1）確定應(yīng)力函數(shù)公式 根據(jù)彈性力 學(xué)知識(shí)，我們可以定義一個(gè)復(fù)變應(yīng)力函數(shù) ZiIRzZ me ??)( （ 21） 其中 iyxz ?? 若 Z 為解析函數(shù)，那么導(dǎo)數(shù) zZ?? 必定能夠確定從而導(dǎo)出 CauchyRiemann 條件： zZRyZIxZR eme ???????? zZIy ZRxZI mem ????????? （ 22） 對(duì)于 I 型（張開型）裂紋情況，采用 Westergard 指出的應(yīng)力函數(shù)是很方便的。 研究表明，混凝土裂縫在失穩(wěn)擴(kuò)展前存在穩(wěn)定擴(kuò)展階段。當(dāng) Kiniic K1 Kunic 時(shí)，裂縫處于穩(wěn)定擴(kuò)展階段 。 裂縫口張開位移與荷載的關(guān)系有 西南交通大學(xué) 網(wǎng)絡(luò)教育 畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 18 ])1([ 2 ??? ??EtpC M O D h （ 29） 對(duì)式（ 29）進(jìn)行變換有 ])1([ 20 00 ?????? ?hh hat C M O DPE h （ 210） 將試驗(yàn)得到的 vp 與 CMOD 之間的關(guān)系曲線上升段線性范圍內(nèi)任一點(diǎn)的值代入式（ 210）中可得到混凝土的彈性模量 E。而對(duì)于混凝土的起裂斷裂韌度有 cicuniciniic KKK ?? （ 212） 其中由混凝土的粘聚力引起的臨界裂縫長度處的應(yīng)力強(qiáng)度因子 cicK ，可按下式計(jì)算：),(2)/,( 0 cecececic VUFaPVVUZK ??? （ 213） ?? cePcCCe VUVVVVVUZ ????? ?? ? )/()( ) 2 (6)/,( （ 214） 西南交通大學(xué) 網(wǎng)絡(luò)教育 畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 19 ])1(1[])1( [)1( ( )1(),( 2122123 ceeeececece VUUUUVUVUVUF ??????????????） （ 215） haV 00 ? ， haV cc ? ；當(dāng) 0 ?? V 時(shí)， )( 0 ??? VP ； eP 是分布在虛擬裂縫區(qū)粘聚力 )(x? 的合力；cee axU ? ， ex 是合力在裂縫張口處的位移。三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)中試件裂 縫兩側(cè)的受力是完全對(duì)稱的，沿著高度的方向上每一層的碾壓混凝土都可以看做是均質(zhì)材料，在這個(gè)方向上它和普通混凝土具有相同的性質(zhì)。 線彈性斷裂力學(xué)用于混凝土則始于 Kaplan 于