常态-碾压混凝土联合筑坝材料变形特性和抗剪强度准则研究.PDFVIP

水 利 学 报 2019年2月 SHUILI XUEBAO 第50卷 第2期 文章编号：0559-9350（2019）02-0157-08 常态-碾压混凝土联合筑坝材料变形特性与抗剪强度准则研究 李明超，张梦溪，张津瑞 （天津大学 水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津 300354） 摘要：联合筑坝形式下坝体的多个部位往往存在大体积常态与碾压混凝土材料共用的情况。坝体结构中两种材料 分布部位的多样性和力学性能的差异性是导致坝体出现变形协调问题的主要原因。为分析筑坝材料的变形协调特 性，建立了常态-碾压混凝土复合试件细观数值模型，基于实际工程材料性能数据，采用非均质有限元法计算分 析了复合试件的细观强度特性，评价了粉煤灰掺量、材料界面倾斜角对联合筑坝复合材料力学性能的影响，结果 表明：混凝土复合试件强度介于两种材料之间且随粉煤灰掺量的增加而降低，侧向压应力对复合试件的强度提升 较大，根据数值试验数据，提出了联合筑坝形式下复合试件的破坏准则，分析了复合试件斜剪破坏产生机制，验 证了剪切破坏准则的有效性与可靠性，研究结果可为联合筑坝材料设计提供参考。 关键词：联合筑坝；常态-碾压混凝土；复合材料试件；剪切破坏准则；数值模拟 中图分类号：TV642.2 文献标识码：A doi：10.13243/ki.slxb 1 研究背景 ［1-4］ 近年来，新材料、新工艺的不断出现，为混凝土筑坝工艺的进步提供了新的思路 。联合筑坝 作为一种新型筑坝技术，采用大体积常态混凝土（Conventionalconcrete，CC）与碾压混凝土（Roller compactedconcrete，RCC）共同筑坝，能够充分发挥碾压混凝土施工速度快、工程造价低、环保适应 ［5］ 性强等特点，已成为缓解施工进度压力的有效手段 。然而，碾压混凝土与常态混凝土的力学性能、 温升特性均存在显著差异，进而可能影响坝体的安全运行。为解决这一问题，联合筑坝技术选用高 粉煤灰掺量的常态混凝土与碾压混凝土为主要材料应用于某水利工程坝体建设之中，目前该工程已 按期蓄水发电，初步证明采用联合筑坝方式以及设计施工时采取的措施和要求的合理性与正确性。 但是，现阶段针对联合筑坝技术的研究是初步的，大多是从宏观结构的角度出发，利用坝体监测数 据或材料试验结果，反演大坝混凝土绝热温升等热力学参数，并开展典型坝段施工期和运行期的温 ［5-6］ 度场、应力场仿真计算 ，“材料”与“结构”是相辅相成的，关于坝体常态-碾压混凝土材料细观尺 度的相互作用与变形协调特性有待深入研究。 在复杂荷载条件下，异种材料交界面处特性发生突变，极易出现高的变形梯度和应力集中现 ［7-8］ 象 ，进而导致界面的破坏和剥离，影响坝体稳定与安全。目前，国内外在不同混凝土界面力学性 ［9］ 能方面取得了诸多成果，Diab等 采用斜剪试验评价了自密实混凝土的粗糙度、配合比等因素对新 ［10］ 老混凝土界面结合强度的影响规律；文献 提出采用铺设分散砾石的界面处理方式提升新老自 密实混凝土界面结合强度，并通过劈裂抗拉、斜剪试验以及数值模拟的方法验证了改善效果；冯 ［11］ 炜等 提出一种测试大坝全级配混凝土界面力学性能的试验分析方法，对配合比优化前后的三峡大 ［12］ 坝混凝土的界面强度进行了测试研究；王信刚等 通过界面劈裂抗拉、显微硬度等测试手段评价了 收稿日期：2018-12-01；网络出版日期：2019-02-21 网络出版地址：http：///kcms/detail/11.1882.TV170