【正文】 大值時，對應(yīng)的裂縫口張開位移、裂縫長度達到臨界值，即裂縫口臨界張開位移、臨界裂縫長度。由式（29）可得到 （211）將試驗得到的最大荷載及對應(yīng)的裂縫口臨界張開位移,還有求得的混凝土的彈性模量E代入式（211）中，可得到臨界裂縫長度。將和代入式（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)，即，其中。而對于混凝土的起裂斷裂韌度有 （212）其中由混凝土的粘聚力引起的臨界裂縫長度處的應(yīng)力強度因子，可按下式計算： （213） （214） （215），；當時，；是分布在虛擬裂縫區(qū)粘聚力的合力；，是合力在裂縫張口處的位移。 （216）式中 （217）這里,為裂縫尖端臨界張開位移，其與裂縫口臨界張口位移的關(guān)系式為： （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)力強度因子，將其代入式（212）中可得到混凝土的起裂斷裂韌度。 碾壓混凝土斷裂韌度尺寸效應(yīng)公式的確定碾壓混凝土作為混凝土的一個種類，雖然在施工工藝上與普通混凝土有區(qū)別，但前面研究表明碾壓混凝土斷裂韌度尺寸效應(yīng)規(guī)律與普通混凝土斷裂韌度尺寸效應(yīng)規(guī)律總體是相同的。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。三點彎曲試驗中試件裂縫兩側(cè)的受力是完全對稱的，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，在這個方向上它和普通混凝土具有相同的性質(zhì)。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)。 混凝土結(jié)構(gòu)尺寸效應(yīng)理論研究現(xiàn)狀早在1939年Webiull就在試驗和理論分析的基礎(chǔ)上提出了著名的脆性破壞統(tǒng)計理論，解釋了脆性材料的拉斷強度依賴于尺寸而變化的現(xiàn)象。Webiull根據(jù)環(huán)節(jié)破壞的概率作為應(yīng)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: （219）其中，m為威布爾模數(shù)。線彈性斷裂力學(xué)用于混凝土則始于Kaplan于1961年發(fā)表的文章，隨后眾多的試驗結(jié)果表明，凈截面名義應(yīng)力隨試件尺寸的增大而減小，斷裂韌度隨試件尺寸的增大而增大。同時關(guān)于混凝土尺寸效應(yīng)公式的理論研究也有很多，國外有Bazant、Carpinteri、wittmann等人在這方面進行過深入地研究，國內(nèi)大連理工大學(xué)的徐世良在這方面也進行了研究。下面簡要介紹一下這些理論。Bazant提出了尺寸效應(yīng)定律： （220）其中，為名義抗拉強度，為試件特征尺寸，為強度參數(shù)（可以認為是直接拉伸強度），B和是兩個經(jīng)驗常數(shù)，通過擬和各種尺寸幾何形狀相似試件的試驗結(jié)果來確定，是最大骨料粒徑。式子是基于線彈性斷裂力學(xué)的理論導(dǎo)出的。當試件尺寸為無限大時，其存在抗拉強度趨于零的情況，這與事實不符。Carpinteri提出了多重分形尺寸定律： （221）其中，為名義抗拉強度，為試件特征尺寸，A是具有應(yīng)力平方物理維數(shù)的常數(shù)，,B具有應(yīng)力集中系數(shù)平方的物理維數(shù)的常數(shù),這兩個常數(shù)可通過非線性最小二乘法獲得。式子則存在另一個缺點，即當試件特征尺寸趨于零時，名義抗拉強度趨于無窮大，這同樣與事實不符。Hu和Wittmann根據(jù)SEL和MFSL各自的不足提出了混凝土名義抗拉強度尺寸效應(yīng)公式： （222）其中，為名義抗拉強度，為裂縫長度，為原始縫高比，為抗拉強度： (223) (224)其中和隨試件形式的不同而變化，為無尺寸效應(yīng)的斷裂韌度。徐世良提出的混凝土斷裂韌度尺寸效應(yīng)公式： （225）其中，、分別為小試件的高度、體積和測定的斷裂韌度，、分別為大試件的高度、體積和預(yù)推測的斷裂韌度，為Weibull模量，它與所測得的失穩(wěn)斷裂韌度實驗值的變異系數(shù)有關(guān)： （226） 本文選擇的尺寸效應(yīng)公式本文根據(jù)已做實驗中所得到的參數(shù)對于公式的適用性以及公式本身的實用等因素，選擇了徐世烺凝土斷裂韌度尺寸效應(yīng)公式和Hu與Wittmann基于名義抗拉強度尺寸效應(yīng)公式提出的混凝土斷裂韌度尺寸效應(yīng)公式及本文基于Hu公式提出的混凝土斷裂韌度尺寸效應(yīng)公式作為碾壓混凝土斷裂韌度尺寸效應(yīng)的試驗公式。徐世烺教授把Weibull脆性破壞統(tǒng)計理論與線彈性斷裂力學(xué)相結(jié)合研究混凝土斷裂韌度尺寸效應(yīng)，推導(dǎo)了三點彎曲和緊湊拉伸兩種常用標準試件的斷裂韌度平均值與尺寸因素關(guān)系的表達式。 （227）其中，、分別為小試件的高度、體積和測定的斷裂韌度，、分別為大試件的高度、體積和預(yù)推測的斷裂韌度，為Weibull模量，它與所測得的失穩(wěn)斷裂韌度實驗值的變異系數(shù)有關(guān)： （228） （229）其中，和分別為隨機變量K的方差和數(shù)學(xué)期望。由于大、小試件幾何尺寸相似，則有: （230）其中，、分別為大、小試件的裂縫深度。所以碾壓混凝土斷裂韌度尺寸效應(yīng)公式也可表示成縫長的函數(shù)： （231） 碾壓混凝土層面斷裂及劈拉破壞 碾壓混凝土層面的形式因間隔時間和層面處理方式的不同而分為多種形式,我國對于碾壓混凝土層面的處理可分為3 種類型:初凝前層面、中間型層面和終凝后層面。直接鋪筑允許時間和加墊層鋪筑允許時間,根據(jù)工程結(jié)構(gòu)對層面抗剪能力和結(jié)合質(zhì)量的要求,綜合考慮拌合物特性、季節(jié)、天氣等因素經(jīng)試驗確定。層面雖然經(jīng)過處理,但大量的層面還是容易產(chǎn)生隱狀的層狀結(jié)構(gòu),影響層面的粘結(jié)強度,往往使水平層面變?yōu)槿趺?。針對碾壓混凝土重力壩的層面安全穩(wěn)定問題,我國在“八五”攻關(guān)期間進行了碾壓混凝土層間的斷裂破壞試驗和數(shù)值模擬研究,取得了一些成果。但是目前關(guān)于碾壓混凝土層面的斷裂破壞的研究僅限于對一種或兩種層面斷裂韌度的測試和斷裂準則的探討,并沒有像層面的強度破壞的研究那樣系統(tǒng)地研究多種層面的斷裂特性規(guī)律,也沒有從斷裂的角度討論過各種層面的優(yōu)劣。通過用不同工況的碾壓混凝土試件近似模擬碾壓混凝土初凝前層面、中間型層面和終凝后層面及本體形式并進行I 型斷裂試驗。通過對試驗結(jié)果進行分析,總結(jié)了各種層面形式的斷裂韌度的規(guī)律,并從細觀的角度分析了其中的原因,比較了層面處理方式和間隔時間對于層面斷裂性能的影響。同時進行了層面劈拉試驗,并比較了層面I 型斷裂特性與抗拉強度特性之間的規(guī)律。 試驗設(shè)計1) 材料的選擇和配合比試驗用水為生活用自來水，粉煤灰選用II級粉煤灰，砂子為天然中砂，篩出粒徑大于5mm的顆粒，含泥量不大于2%。粗骨料采用最大粒徑為20mm的I級配碎石。外加劑為DK5混凝土低引氣高效減水劑。，加墊層鋪筑允許時間為1822h。 表21碾壓混凝土及砂漿配合比Table 21 roller pacted concrete and cement mortar mix proportion材料水水泥粉煤灰砂石子外加劑混凝土130134908051280%層面處理用的砂漿23740412011092)試件制作本次試驗采用楔入劈拉試件形式，如圖所示，試件參數(shù)如下:試件尺寸為，其預(yù)制裂縫的縫深為，縫厚為。如圖21所示，實物如照片21所示：圖21Chart 21照片21 試件實物圖Photo 21 specimens根據(jù)施工過程中可能出現(xiàn)的層面間隔時間和處理方式及以往從強度的角度研究出現(xiàn)的層面處理形式，同時也是為了從斷裂力學(xué)的角度系統(tǒng)的比較一下間隔時間和處理方式對于層面的影響及各種層面的斷裂特性，試驗中所用試件共分為7種工況。每種工況的試件個數(shù)為6個，其具體間隔時間和處理方式如表22所示。表22 試件的工況Table 22 condition of specimen工況編號層面間隔時間層面處理方式Ws0h無間隔Ws2h2小時不處理Wsc4h4小時鋪10mm的粉煤灰水泥砂漿Wsb7h7小時不處理Wsc7h7小時鋪10mm的粉煤灰水泥砂漿Wssc24h24小時刷毛沖洗露出骨料后，鋪10mm的粉煤灰水泥砂漿Wssc72h72小時刷毛沖洗露出骨料后，鋪10mm的粉煤灰水泥砂漿3）裂紋的制作由于碾壓混凝土的振搗方向與層面裂紋是垂直的，與傳統(tǒng)的混凝土振搗方式不同，因此，層面裂紋的制作不可能采用像傳統(tǒng)的裂紋那樣先預(yù)埋涂黃油的鋼片待初凝時間過后拔出鋼片的做法，而只能使用預(yù)埋可確保起到隔離作用的鋼片或先澆筑成型待拆模后鋸縫的成縫方式。而楔入劈拉試件的縫深過大鋸縫難以滿足要求。因此，試驗采用了預(yù)埋鋼片的成縫方式。裂紋通過預(yù)埋一片外裹塑料隔離層鋼片的方式形成，鋼片外面的塑料隔離層的目的是為了防止鋼片同混凝土粘在一起。這樣的構(gòu)造措施可以保證試件在層面上預(yù)制裂紋的可靠性，在碾筑過程中不會對其附近部位的混凝土造成損傷，而且較容易實現(xiàn)。4）試件成型試件在鋼模中碾筑。對于所有試件分兩次振搗成型，每次成型厚度約為，層面之間放置事先準備好的鋼片。但每種試件的間隔時間及處理方式不同。本體試件層面之間無間隔且不處理。分層不處理工況是指在層面有一定的間隔時間但層面不做任何處理也不鋪砂漿，即直接鋪筑上一層混凝土。分層處理的工況是指層面有一定的間隔時間且層面進行一定的處理，其處理方式一種是在層面上鋪一層約為厚的粉煤灰水泥砂漿，然后成型上層混凝土。另一種是將層面作刷毛沖洗處理，去掉表面的浮漿，露出層面處的粗骨料，再在其上面鋪一層約為厚的粉煤灰水泥砂漿，最后成型上層混凝土。但這兩種處理方式的間隔時間并不相同。初凝前層面、中間型層面和終凝后層面的確定主要是由間隔時間的屬性來判斷，當然它和層面處理方式也有著直接的聯(lián)系，綜合兩方面的因素，再結(jié)合前文中我國碾壓混凝土研究中對于間隔時間屬性的界定，可認為wsb2h工況屬于初凝前層面形式，wsc7h工況屬于中間型層面形式，wssc24h工況屬于終凝后層面形式。其他幾種工況可用于對間隔時間相同而層面處理方式不同和間隔時間不同而層面處理方式相同情況下，碾壓混凝土斷裂性能的系統(tǒng)研究。碾壓混凝土振搗成型后要馬上進行壓實抹面。在養(yǎng)護至少48小時后方可拆模，因為碾壓混凝土為高摻粉煤灰，其早期強度增長比較緩慢，所以如果拆模過早，有可能出現(xiàn)掉角現(xiàn)象，影響試件質(zhì)量。試件成型后，灑水養(yǎng)護90天。5）試驗裝置，如圖22所示，實物照片如圖22所示：楔形架應(yīng)變片夾式引申儀上壓板荷載傳感器圖22碾壓混凝土楔入劈拉試驗數(shù)據(jù)采集示意圖Chart 22 the schemes of RCC wedge fracturing test data collection照片22實驗裝置圖Photo 22 experimental device試驗在5000kN的壓力試驗機上進行，試驗中主要需采集以下數(shù)據(jù):試件所受荷載值、裂縫尖端張開位移(CTOD)、裂縫口張開位移(CMOD)、碾壓混凝土層面裂縫尖端兩側(cè)的應(yīng)變值。因此，我們選用了下列幾種儀器:①研華數(shù)據(jù)采集系統(tǒng):主要用于采集荷載、CTOD、CMOD及測量點應(yīng)變。②荷載傳感器:B1衛(wèi)型拉壓式荷載傳感器，其量程范圍為050KN，主要用于測量荷載。③萬用表:主要用于加載速度的監(jiān)控，并記錄最大荷載值與采集系統(tǒng)得到的最大值相互驗證。④夾式引伸儀:主要用于測量CTOD、CMOD。⑤應(yīng)變片:采用長為1cm的膠基應(yīng)變片，其布置方式如圖23所示，采用全橋方式連接。主要用于確定試件的起裂荷載。圖23Chart23試驗步驟如下：1）在所有實驗之前先標定各測量設(shè)備，確定儀器的可靠性。2）擺放好試件并將測試儀器及測量設(shè)備的連接安裝調(diào)試。3）各項準備工作完成后開始加載，加載通過萬用表監(jiān)控荷載，而且盡量保持勻速加載，避免荷載出現(xiàn)沖擊影響效應(yīng)。同時，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)準確記錄試驗數(shù)據(jù)，并保存數(shù)據(jù)到文件。加載到試件劈拉破壞為止。6）試驗結(jié)果：試件的豎向荷載一裂縫口張開位移的過程曲線如圖24所示。試件的豎向荷載應(yīng)變關(guān)系曲線如圖25所示。圖24楔入劈拉試件的豎向荷載一裂縫口張開位移的全過程曲線 Wedge split and vertical load test—The entire crack open mouth displacement curve圖25豎向荷載應(yīng)變關(guān)系曲線圖 The vertical load—Strain curve圖26試件實際裂紋擴展情況 The actual crack propagation of specimen圖27拍攝裂紋圖片 Filming crack picture圖28數(shù)據(jù)處理圖片 The data processing picture圖28同步給出荷載時間以及荷載開口位移的曲線圖，并且標注出13個位置的點，通過坐標能很快找出這個點的位移情況和當時的荷載大小。 試驗曲線:各種工況豎向荷載裂縫口張開位移曲線