【正文】 而對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， )( 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。 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，我們可以定義一個復(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。在物體變形不大時，可以認(rèn)為子區(qū)本身沒有發(fā)生變化。試驗(yàn)時采用的試件尺寸和形狀、試驗(yàn)方法和加載速度不同，測得的數(shù)據(jù)也不同。試驗(yàn)的作用有兩個方面：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。 西南交通大學(xué) 網(wǎng)絡(luò)教育 畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 12 對混凝土細(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。 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。隨齡期的增長， kic 有所增大且逐漸趨于穩(wěn)定 。隨著時間的推移 ,大壩的滲漏狀態(tài)也會發(fā)生改變 . 而庫水位、溫度變化作用的效應(yīng)各異 . 通過監(jiān)測壩體溫度場的資料可直接反映溫度變化對大壩滲漏狀態(tài)的影響 ,但庫水位變 化對大壩滲漏狀態(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刻對應(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) 滲流場內(nèi)的水壓力傳遞時間與滲漏場介質(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 ,壩體滲流場是庫水位變動時非穩(wěn)定滲流瞬時狀態(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間 ,通常采用大壩滲漏監(jiān)測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)的峰谷時間差 ) 作為滯后時間 . 本文針對這一問題 ,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[ 。對人工砂的細(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。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)。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間如何合理確定是 關(guān)鍵問題 , 用碾壓混凝土的初凝時間及對應(yīng)的貫入阻力兩個指標(biāo)可權(quán)使問題迎刃而解 , 且更為合理。 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 。因此，必須根據(jù)具體情況作具體分析。因此，以這種方式摻用品質(zhì)優(yōu)良的 I級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)性能也不會顯著地降低。中國于1986 年建成了第一座碾壓混凝土壩 —— 坑口重力壩，在此之后的 20 年，碾壓混凝土筑壩技術(shù)在中國得到了快速發(fā)展，無論理論研究或工程實(shí)踐都有大量的創(chuàng)新與突破。 2）確定了碾壓混凝土的應(yīng)力分析公式，并推到出雙 K 斷裂參數(shù)的計(jì)算公式 3）根據(jù)碾壓混凝土的斷裂試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合普通混凝土的斷裂韌度尺寸效應(yīng)公式，得到適用于碾壓混凝土的斷裂韌度尺寸效應(yīng)公式。 4）通過對碾壓混凝土誘導(dǎo)縫等效強(qiáng)度試 驗(yàn)研究得到穿透與 非穿透型試件，面積削弱 S對混凝土強(qiáng)度影響的規(guī)律 。目前中國已建成各類碾壓混凝土壩 92 座，碾壓混凝土重力壩高由 50 多米發(fā)展到 100 米級、 200 米級，壩體碾壓混凝土方量由 4 萬余立方米發(fā)展到 500 萬余立方米；碾壓混凝土拱壩高由 75米發(fā)展到 100 米級、 130 米級，壩體碾 壓混凝土方量由 10 萬余立方米發(fā)展到 50 萬余立方米。對于拉伸強(qiáng)度和極限拉伸變形，由于水泥漿體含量沒有減少，硬化水泥石的性能有所提高，因而混凝土的拉伸強(qiáng)度和極限拉伸變形不會顯著降低，甚至?xí)兴岣摺? 20世紀(jì) 60年代，世界各國開始碾壓混凝土的試驗(yàn)研究， 碾壓混凝土 具備使用大型機(jī)械化施工的條件，從而達(dá)到縮短工期、降低造價的目的，并且采用高摻粉煤灰 或礦渣的方式減少水泥用量，使溫度裂縫數(shù)量較常態(tài)混凝土壩明顯減少。 這就使施工作業(yè)十分方便，消除了兩種混凝土結(jié)合不好的現(xiàn)象 。 碾壓混凝土是通過強(qiáng)力振動和碾壓的共同作用 , 對超干硬性混凝土進(jìn)行壓實(shí)的一種施工方法 , 是把混凝土壩結(jié)構(gòu)與材料和土石壩施工方法兩者的優(yōu)越性加以綜合、改進(jìn)、相互結(jié)合而形成的一種筑壩技術(shù)。 西南交通大學(xué) 網(wǎng)絡(luò)教育 畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 6 (c)石門子水庫和龍首拱壩工程 20 世紀(jì) 90 年代末期建設(shè)的新疆石門子水庫和甘肅龍首碾壓混凝土拱壩，是我國碾壓混凝土筑壩技術(shù)由溫和、濕潤的南方地區(qū)發(fā)展到干燥、溫差極 大、氣溫很低的北方地區(qū)的典型代表。在水泥選擇上，一般選用普通硅酸鹽水泥而很少選用中熱水泥，主要是由于中熱水泥的強(qiáng)度大都偏低，通過熱強(qiáng)比計(jì)算可知，中熱水泥的熱強(qiáng)比并不比普通硅酸鹽（或硅酸鹽）水泥低，綜合分析采用中熱或低熱水 泥并不經(jīng)濟(jì)，而且碾壓混凝土本身的水泥用量并不高，因此沒有刻意追求低熱性能。這在當(dāng)時就引起了學(xué)術(shù)界的注意和重視。骨料種類對 kic也有影響，一般地講，碎石混凝土 kic 比卵石的要大圖，隨骨料尺寸的增大，混凝土 kic 也有變化，并且和混凝土的強(qiáng)度有直接關(guān)系。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： (1)微觀層次 (Microlevel)。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。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(yàn)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(shí)試件的宏觀試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，以驗(yàn)證其正確性和適用性。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(yàn)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(jì)是至關(guān)重要的。 西南交通大學(xué) 網(wǎng)絡(luò)教育 畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 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。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。 ])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(jì) 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 。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 ???? 。但對于起裂韌度的計(jì)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(yàn)曲線直接確定起裂荷載，進(jìn)而直接計(jì)算起裂韌度。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?；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)。由計(jì)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。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。此外，碾壓混凝土的力學(xué)性質(zhì)都由大量的分散的試驗(yàn)結(jié)果來標(biāo)定，并且重復(fù)試驗(yàn)具有很大的困難。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 。 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 。 這些工程更進(jìn)一步完善了碾壓混凝土筑壩材料技術(shù)，其配合比設(shè)計(jì)具有以下特點(diǎn)：較低的水膠比，迎水面防滲二級配混凝土具有超富膠凝材料總量，用水量適中，由于外加劑的效果較前幾代產(chǎn)品更好，因而強(qiáng)緩凝型減水劑的摻量有