【導讀】通混凝土的一半甚至更少，它采用碾壓震動機械進行震動壓實。工要求，所以它工程上特別是大壩建設中應用比較廣泛，因此對其性質進行深入研究。通過對不同試件劈拉結果的對比分析，得出結論。1）碾壓混凝土存在尺寸效應，其總體規(guī)律與普通混凝土是相同的。[1]孫恭堯,王三一,馮樹榮.高碾壓混凝土重力壩[M].北京:中國電力出版社,20xx.[3]成方,安冬英,林長農.碾壓混凝土層面極限拉伸試驗研究[J].紅水河,20xx,20:62-65.[6]沈英,曾昭揚,周立峰.碾壓混凝土壩層面剪切斷裂分析[J].力學學報,1994,26:679-689.[7]金庭節(jié).龍灘高壩碾壓混凝土的層間抗剪強度參數[J].紅水河,1995,14:12-17.[8]曾昭揚,王燕生.高碾壓混凝土拱壩誘導縫和橫縫布置研究[R].北京:清華大學,1998.[11]王智文.碾壓混凝土拱壩誘導縫等效強度試驗研究與分析[D].大連:大連理工大學,20xx.本人答辯（評閱）資格。

　　

【正文】 al 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字化散斑圖像上的幾何點，跟蹤點的運動位置從而獲得物體表面變形信息。數字散斑圖像是數字化的散斑場。散斑場是一種圖像顏色強度高度隨機分布的結構，其統計特性表明圖像中一個點一定大小鄰域內的散斑圖案作為整體唯一地區(qū)別于 圖像中其他任何點鄰域內的散斑圖案，這是散斑場用來表征點的位置的理論依據。散斑場可由激光照射漫反射表面后干涉產生，也可由人工散斑化的方法制作，甚至某些材料表面的自然紋理可直接當成散斑場。 數字散斑相關的基本原理 在數字散斑相關法中，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。被激光照明的物體可以看作表面粗糙的漫反射體，表面上每一點都可以看作互相獨立的散射基元，產生散射光 (子波 )，散射光經攝像機鏡頭在像面上產生了一個衍射斑 (相干脈沖響應 )，所有的衍射班相干迭加形成亮暗相間的光場 — 散射場 (即物面的散射圖 )。前面我們已經說過，散斑分布是隨機的，而當光源不變時候，散斑場又是固定的。由于散斑分布的隨機性，散斑場上每一點周圍的一個小區(qū)域內的斑點分布與其它點是不一樣的，我們通常將這樣的小區(qū)域稱為子區(qū) (或是子集，采樣窗口 )。當物面在某種物理作用下發(fā)生微小形變時，可以認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構，這樣散斑圖上每一點的子區(qū)也基本上僅僅隨該點做相應的位移。在物體變形不大時，可以認為子區(qū)本身沒有發(fā)生變化。 西南交通大學 網絡教育 畢業(yè)設計 （ 論文 ） 15 假設在物體變形前，物面上的待測點 p 在變形后 位移到了 P’ ，則變形前散斑圖上點p 的子區(qū) A 就與變形后散斑圖上點 P‘ 的子區(qū) B 相對應，兩者的相關性最高，相關系數最大。根據統計相關原理，對于物體表面上任意一點的變形的測量可以通過研究以該點為中心的子區(qū)的移動和變形來完成。因此 P’ 位置可以通過對子區(qū)的相關搜索來找出，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，計算相關系數。所取子區(qū)位置越接近 P’ 點，相關系數就越大 (相關系數具有單峰值 )，使相關系數取得最大值的 子區(qū)中心位置就是 P’ 的位置，這就是散斑相關法原理。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)的相關最大點，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。 碾壓混凝土層面 I 型斷裂破壞的試驗研究 自 Kaplan 于 1961 年將線彈性斷裂力學應用于混凝土以來，混凝土斷裂力學已經走過了幾十年的發(fā)展歷程。關于混凝土 I 型斷裂的研究也由 最初的將線彈性斷裂力學直接應用于混凝土到考慮混凝土的非線性特征。由于裂縫尖端存在亞臨界擴展，混凝土的開裂過程表現出明顯的非線性特征。而傳統意義上的線彈性斷裂力學和適用于金屬材料的斷裂模型并不適合混凝土材料，根據混凝土現有理論結合混凝土自身變形特點，研究學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力強度因子概念結合起來，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 斷裂準則來描述混凝土破壞的全過程 :裂縫初始起裂、穩(wěn)定擴展和失穩(wěn)破壞。 KKiniic 裂縫不擴展 。 K=Kiniic 裂縫開始穩(wěn)定擴展 。 Kiniic KKunic 裂縫處于穩(wěn)定擴展階段 。 K=Kunic 裂縫開始失穩(wěn)擴展 。 KKunic 裂縫處于失穩(wěn)擴展階段 我國水工混凝土斷裂試驗規(guī)程即采用這個理論研究混凝土的斷裂問題，其中對混凝西南交通大學 網絡教育 畢業(yè)設計 （ 論文 ） 16 土失穩(wěn)韌度的計算即采用了其中的觀點。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力強度因子的方法，而是通過由試驗曲線直接確定起裂荷載，進而直接計算起裂韌度。 I 型裂紋應力函數分析 1）確定應力函數公式 根據彈性力 學知識，我們可以定義一個復變應力函數 ZiIRzZ me ??)( （ 21） 其中 iyxz ?? 若 Z 為解析函數，那么導數 zZ?? 必定能夠確定從而導出 CauchyRiemann 條件： zZRyZIxZR eme ???????? zZIy ZRxZI mem ????????? （ 22） 對于 I 型（張開型）裂紋情況，采用 Westergard 指出的應力函數是很方便的。其為： ZyIZR me ??? （ 23） 其中 ZdzdZZdzZdZdzZd ??? , 根據 CauchyRiemann 方程有 022 ???? ZIZR me （ 24） 由此各應力可按下式確定： ZyIZR mex ??? ZyIZR mey ??? （ 25） ZyRexy ??? 2)本體的雙 K 斷裂參數的確定 碾壓混凝土層面問題嚴格的說應屬于兩種相同材料之間結合另一種材料的復合材料問題。由于層面很薄導致裂紋最初雖然在層面上但后期極有可能擴展到碾壓混凝土內部，西南交通大學 網絡教育 畢業(yè)設計 （ 論文 ） 17 這樣不僅涉及到兩種材料不同的力學性能，而且破壞機理也是極為復雜的。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出來的性質可能為二者綜 合的性質，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，運用已有的理論以試驗得到的結果為依據分析各種工況層面的影響及規(guī)律。 研究表明，混凝土裂縫在失穩(wěn)擴展前存在穩(wěn)定擴展階段。混凝土裂縫擴展過程可大致分為裂縫起裂、穩(wěn)定擴展、失穩(wěn)擴展三個階段。將線彈性斷裂力學、虛擬裂縫模型及混凝土應變軟化曲線相結合，得到混凝土起裂斷裂韌度 Kiniic 和失穩(wěn)斷裂韌度 Kunic 的計算公式。認為當 K1= Kiniic 時，裂縫開始起裂 。當 Kiniic K1 Kunic 時，裂縫處于穩(wěn)定擴展階段 。當 K1=Kunic時，裂縫開始失穩(wěn)擴展。斷裂韌性 IcK 一般隨材料厚度 B 的增加而下降。 雙 K斷裂參數的計算公式 裂縫尖端的應力強度因子按以下公式計算 : )(?Fht PK hI ?? ? ? ?? ? （ 26） 式中： IK 為裂縫的應力強度因子 ? ?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? 。 裂縫口張開位移與荷載的關系有 西南交通大學 網絡教育 畢業(yè)設計 （ 論文 ） 18 ])1([ 2 ??? ??EtpC M O D h （ 29） 對式（ 29）進行變換有 ])1([ 20 00 ?????? ?hh hat C M O DPE h （ 210） 將試驗得到的 vp 與 CMOD 之間的關系曲線上升段線性范圍內任一點的值代入式（ 210）中可得到混凝土的彈性模量 E。 試驗的過程中，當荷載達到最大值 maxvp 時， 對應的裂縫口張開位移、裂縫長度達到臨界值，即裂縫口臨界張開位移 cCMOD 、臨界裂縫長度 ca 。 由式（ 29）可得到 02m a x0 ])(1)[ hPt E C M O DhhathCc?????（ （ 211） 將試驗得到的最大荷載 maxvp 及對應的裂縫口臨界張開位移 CCMOD ,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 ca 。將 maxvp 和 ca 代入式（ 26）中，就得到了雙 K 斷裂參數中的混凝土失穩(wěn)斷裂參數 unicK ，即 )(t a n2 m a x cvunic FhtmgpK ?? ???? ， 23)1) ] (([)( ????? cccF ??? 其中00hh hacc ???? 。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力強度因子 cicK ，可按下式計算：),(2)/,( 0 cecececic VUFaPVVUZK ??? （ 213） ?? cePcCCe VUVVVVVUZ ????? ?? ? )/()( ) 2 (6)/,( （ 214） 西南交通大學 網絡教育 畢業(yè)設計 （ 論文 ） 19 ])1(1[])1( [)1( ( )1(),( 2122123 ceeeececece VUUUUVUVUVUF ??????????????） （ 215） haV 00 ? ， haV cc ? ；當 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。 ])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力強度因子 cicK ，將其代入式（ 212）中可得到混凝土的起裂斷裂韌度 iniKic 。 碾壓混凝土斷裂韌度尺寸效應公式的確定 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規(guī)律與普通混凝土斷裂韌度尺寸效應規(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材料，在這個方向上它和普通混凝土具有相同的性質。因而，本文確定碾壓混凝土斷裂韌度的尺寸效應公式的方法是在現有普通混凝土斷裂韌度尺寸效應公式的基礎上，結合已有碾壓混凝土斷裂韌度試驗結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。 混凝土結構尺寸效應理論研究現狀 早在 1939 年 Webiull 就在試驗和理論分析的基礎上提出了著名的脆性破壞統計理論，解釋了脆性材料的拉斷強度依賴于尺寸而變化的現象。 Webiull 根據環(huán)節(jié)破 壞的概率作為應西南交通大學 網絡教育 畢業(yè)設計 （ 論文 ） 20 力的函數，計算出一種材料體積為 V1 和 V2 的兩試件破壞時的應力比為 : mVV12121 ??????????? （ 219） 其中， m為威布爾模數 。 線彈性斷裂力學用于混凝土則始于 Kapl