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高水压作用下混凝土裂缝开裂扩展试验研究 论文综述 近50 年来， 我国水电工程建设取得了令人瞩目的成就， 一批大坝工程的设计建设和安全运行标志着国坝工技术整体上达到了国际先进水平。如龙羊峡重力拱坝（坝高178 m）， 水布垭面板堆石坝（坝高233 m）， 二滩双曲拱坝（坝高240 m）， 小湾混凝双曲拱坝（坝高292 m） 等。但是随着筑坝技术的提升， 坝高的增加， 高压水力劈裂也成为日益严峻的问题。因为对于大型混凝土坝而言， 经过多年运行，均已不同程度的出现裂缝，甚至有的大坝在施工期就出现了各种各样的裂缝， 它们的存在将会影响结构的实用性和耐久性， 严重的裂缝还会恶化结构的强度和稳定， 破坏其整体性和抗渗性， 危及建筑物的安全运行。在传统的混凝土重力坝结构设计中，一般只考虑水压力、自重荷载、扬压力、泥沙压力、风浪压力、冰压力、地震力荷载。事实上，对于易出现裂缝的混凝土重力坝，仅考虑以上荷载是不够的，裂缝内的水荷载对重力坝的影响同样不容忽视。一般高坝都是在深水压力下运行，在出现裂缝后，水压力直接作用下的裂缝扩展与稳定性是工程界极为关注的问题。 由于水压力作用下的混凝土断裂试验难度非常大， 装置较为复杂， 国外只有少数学者开展过这方面的试验研究。Brtihwiler和Saouma，对不同水压下裂缝扩展中水的压力分布进行了研究。Slowik和Saouma 对不同加载速率和裂缝突然闭合下，裂缝内水压力、水前峰和裂缝扩展之间的关系进行了研究。贾金生等对特高重力坝的高压水劈裂问题进行了初步探讨，并建议对坝高超过200m的重力坝设计时，要考虑高压水劈裂问题。秦飞采用边界元方法研究了带裂纹重力坝在不同水压下和不同裂缝长度时水压对应力强度因子的影响。很多学者主要从岩石水力劈裂方面进行了一系列研究，如李宗利等主要对岩石与混凝土结构在裂缝处于稳定状态时缝内水压力分布进行了理论研究。因此，开展水压力作用下混凝土裂缝扩展与断裂特性的试验研究，并测定混凝土在水压力作用下的断裂参数，对于认识混凝土坝在深水压力作用下的断裂特性具有重要的理论意义和工程参考价值。 断裂力学是研究混凝土结构裂缝问题的一个有效的分析工具。在线弹性断裂力学理论中，通常是以应力强度因子作为裂缝尖端处材料工作状态的指标，并以裂缝尖端处的应力强度因子K是否超过材料的临界断裂韧度K 来判断裂缝的稳定性，对于混凝土重力坝这样特殊的结构，需要较为准确地判断裂缝的起裂、扩展和失稳。而双K 断裂模型中采用的两断裂韧度（起裂韧度和失稳韧度） 正可以反映混凝土裂缝扩展的三个断裂过程，我国已制定的《水工混凝土断裂试验规程》 已将混凝土双K断裂参数作为材料基本断裂性能指标，因此，将双K断裂准则应用于混凝土重力坝的监测并测定水压力作用下混凝土双K断裂参数具有重要的参考意义。 试验概述 1 水压下楔入式紧凑拉伸试验装置 在传统的楔入劈拉试验中，制作不同高度尺寸楔入劈拉试件时，加载槽基本都采用相同的尺寸并没有成比例地随着试件尺寸的增加而增加，使得由夹具传递到试件上的竖向荷载分量和试件自重及支座的支承反力不共线，这样竖向力的合力必将在裂缝尖端引起附加弯矩，对其附近的应力应变场产生一定影响。从而影响真实断裂韧度值的大小。因此，在本次试验中，试件采取楔入式紧凑拉伸试件形式，即采用楔入劈拉的加载方式和紧凑拉伸试件形式，消除附加弯钜的作用。 2水压密封装置 水压密封的好坏直接关系本次试验的成败，所以密封装置的研制也是本次试验的重要部分。密封装置分为3层，由内而外分别为橡胶密封层、薄钢板密封层和球角铺桨钢架密封层。 2．1橡胶密封层 橡胶密封层采用厚度5mm、宽度100mm、长度2450mm的普通红色橡胶板制成，利用环氧树脂胶将其粘贴在试件的前后以及上顶面，橡胶板以左右对称覆盖预制缝为原则，即橡胶板的竖向中心线对应预制缝处。在试件表面的一侧，由于粘贴全桥连接的电阻应变片测量裂缝的扩展，且为了准确测定起裂，尖端应变片的距离不能太远，所以为了防止应变片与橡胶板的粘结．橡腔一侧裁剪成梯形．在此简称梯形槽。 将橡腔板粘贴在试件表面之前，在预制缝的外面附宽度为10mm的塑料薄膜，其目的是防止环氧树脂腔进人预制缝中，试验过程中增加试件的劈裂强度。由于环氧树脂的固化时间为24h，所以橡胶板粘贴之后，要马上施加第2层的薄钢扳，使得橡胶板与试件表面紧密接触，增加密封效果。 2．2薄钢板密封层 薄钢板采用3块蚀立的钢扳由螺栓连接而成．钢板的厚度为8mm．侧面钢板与顶部采用M6的4个螺栓连接，螺栓连接处可根据试件的宽度进行调节。将薄钢板的一侧也打利成梯形槽，其尺寸略小于橡胶板梯形槽，薄钢板的上顶面中心留有排气孔，其目的是保证预制缝中的水没有空气，排净空气后，使用密封帽将其密封．在薄钢板的底部每侧留有2个大尺寸的螺栓孔，作为紧固薄钢板