刊名：陕西水利
主办：陕西省水环境工程勘测设计研究院
ISSN：1673-9000
CN：61-1109/TV
语言：中文
周期：月刊
影响因子：0
被引频次：8714
期刊分类：水利建筑
期刊热词：
水资源,水利工程,引水工程,下坂地水库,水土保持,水库,泵站,水利建设,水利,黄土,水库,水利工程,灌区,水资源,水利,水土保持,水土流失,水电站,施工技术,除险加固,
现在的位置：主页 > 期刊导读 >
碾压混凝土拱坝诱导缝等效强度试验及椭圆简化
【作者】网站采编【关键词】【摘要】诱导缝是碾压混凝土拱坝建设中在缝断面埋设的中间存在一定缝隙的双层混凝土板或金属板 [1] 。诱导缝的主要作用是拱坝的缝断面受到拉应力作用时可以率先开裂，从而使拉应力获得
诱导缝是碾压混凝土拱坝建设中在缝断面埋设的中间存在一定缝隙的双层混凝土板或金属板[1]。诱导缝的主要作用是拱坝的缝断面受到拉应力作用时可以率先开裂，从而使拉应力获得释放，保证周围混凝土结构产生裂缝破坏，以保证大坝混凝土结构在温度荷载作用下的安全稳定[2]。诱导缝虽然具有抗拉能力，但是这种抗拉能力已经被人为削弱[3]。因此，诱导缝能否达到控制坝体无序裂缝的实际效果，不仅取决于坝体在温度荷载下的应力状态，还取决于诱导缝被人为削弱后剩余的抗拉强度（等效强度）[4]。在这方面，清华大学的曾昭扬教授最早提出碾压混凝土拱坝诱导缝等效强度概念，并进行了相关领域的深入研究，认为诱导缝等效强度是研究和判断诱导缝开裂特征的重要参数[5]。此外，国内外众多学者在进行诱导缝等效效度计算过程中，均将矩形诱导缝简化为椭圆形诱导缝，并据此进行了等效强度的计算公式[6]。因此，相关学者在研究温度荷载作用下大坝诱导缝数值模拟计算中，一般也是用椭圆形诱导缝代替矩形诱导缝，以降低计算难度[7]。显然，对诱导缝椭圆简化计算模型的可靠性进行研究具有重要的理论和工程实践价值。基于此，此次研究通过试件模拟试验的方式，对碾压混凝土拱坝矩形和椭圆诱导缝等效强度的特征和变化进行试验研究，并进一步验证椭圆简化模型的可靠性。
1 试验方案和试件制作
1.1 试验方案设计
结合相关学者的研究成果，设计如表1 所示的碾压混凝土拱坝非穿透性诱导缝等效强度试验方案[8]。其中，轴拉试验考虑矩形和椭圆两种诱导缝形式，40 mm×90 mm、55 mm×100 mm、70 mm×110 mm 等3 种不同尺寸以及7 d、14 d、28 d、60 d 和90 d 等5 种不同的龄期。为了保证试验数据的准确性与可靠性，每种试验方案制作3 个试件，规格均为150 mm×150 mm×550 mm，并将其试验结果均值作为该方案的最终数据。诱导缝消弱度ω 定义为诱导缝面积与试件截面面积的比值，为了对两种不同形式的诱导缝的效果进行对比，试验中椭圆形诱导缝的长轴和短轴的长度等于矩形诱导缝的长和宽[9]。
表1 试验方案设计表
方案编号 诱导缝形式 诱导片尺寸 消弱度 龄期（d）J-140 mm×90 mm 0.160 7 J-2 40 mm×90 mm 0.160 14 J-3 40 mm×90 mm 0.160 28 J-4 40 mm×90 mm 0.160 60 J-5 40 mm×90 mm 0.160 90 J-6 55 mm×100 mm 0.244 7 J-7 55 mm×100 mm 0.244 14 J-8 55 mm×100 mm 0.244 28 J-9 55 mm×100 mm 0.244 60 J-10 55 mm×100 mm 0.244 90 J-11 70 mm×110 mm 0.342 7 J-12 70 mm×110 mm 0.342 14 J-13 70 mm×110 mm 0.342 28 J-14 70 mm×110 mm 0.342 60 J-15 70 mm×110 mm 0.342 90 T-1矩形诱导缝40 mm×90 mm 0.126 7 T-2 40 mm×90 mm 0.126 14 T-3 40 mm×90 mm 0.126 28 T-4 40 mm×90 mm 0.126 60 T-5 40 mm×90 mm 0.126 90 T-6 55 mm×100 mm 0.192 7 T-7 55 mm×100 mm 0.192 14 T-8 55 mm×100 mm 0.192 28 T-9 55 mm×100 mm 0.192 60 T-10 55 mm×100 mm 0.192 90 T-11 70 mm×110 mm 0.269 7 T-12 70 mm×110 mm 0.269 14 T-13 70 mm×110 mm 0.269 28 T-14 70 mm×110 mm 0.269 60 T-15 70 mm×110 mm 0.269 90椭圆诱导缝
1.2 试件的制作和养护
试件的制作原料需要满足碾压混凝土重力坝的相关国家标准，其中，试件制作用水采用普通自来水；水泥采用P.O42.5普通硅酸盐水泥；沙子采用级配良好、质地坚硬的天然中沙；碎石采用的是最大粒径为40 mm 的普通砂砾石材料，粉煤灰采用的是符合国家II 级标准的超细粉煤灰；减水剂为聚羧酸低引气高效减水剂。试验用诱导片为厚度2 mm 的金属板，在埋片时涂抹一定量的矿物油，防止诱导片与周围的混凝土发生粘连[10]。
区块链集成了分布式网络、密码学、共识算法和智能合约等技术，采用了一种集体维护数据的思路。这带来了区块链能够防篡改的特点，但也会严重损耗性能和扩展性等。虽然通过隔离见证、分片、多链和增加块大小等手段，能够加以改善，但理论上性能和扩展性都无法与集中式的数据库技术相比。
按照碾压混凝土重力坝施工规范要求进行混凝土拌合，在浇筑过程中每层混凝土利用平板振动器和捣振棒捣振，以模拟碾压效果。试件成型后在室温20℃、湿度50%的条件下保存48 h后拆模，然后在适度不小于90%的条件下养护至试验龄期。
1.3 试验装置和测量
在碾压混凝土拱坝的诱导缝研究和数值模拟分析过程中，我国的众多学者提出了众多等效强度计算模型，这些模型一般都是将矩形诱导缝进行椭圆简化。但是，在实际的工程设计过程中，一般是按照矩形形状设置按照一定规律排列的双向间隔诱导缝。因此，本次研究中，基于非穿透型碾压混凝土诱导缝的等效强度轴拉试验结果对上述简化计算方式是否可靠进行验证。根据试验过程中获得的矩形诱导缝和椭圆诱导缝等效强度试验结果，椭圆简化模型等效强度误差计算结果见表2。
2 试验结果与分析
2.1 矩形诱导缝试验结果分析
由表2 可知，在相同的诱导片尺寸、混凝土龄期以及试验条件均相同的前提条件下，椭圆形诱导缝和矩形诱导缝的等效强度试验结果误差均在8%以内，同时，随着诱导片尺寸的增加，误差呈现出明显减小的趋势。由于本次试验所使用的试件的尺寸大小基本一致，且采用的原料相同，因此诱导缝等效强度误差分析结果具有较高的可靠性。基于此，认为椭圆简化模型可以直接用于碾压混凝土拱坝诱导缝数值模拟分析研究，基本不需要进行修正。
图1 矩形诱导缝等效强度与消弱度拟合曲线
图2 矩形诱导缝等效强度与龄期拟合曲线
2.2 椭圆诱导缝试验结果分析
为了验证液压混合动力车辆行驶的耗油量,采用Matlab软件对动态规划算法优化结果进行仿真验证,仿真参数如表1所示.
椭圆诱导缝试件在不同龄期和消弱度与试件等效强度之间变化曲线见图3、图4。由图可知，椭圆诱导缝试件的试验结果与矩形诱导缝的试验结果类似：在相同混凝土龄期条件下，椭圆诱导缝的等效强度与诱导缝消弱度之间呈显著的负相关关系，也就是消弱度越大，试件的等效强度就越小。在诱导缝的消弱度相同条件下，椭圆诱导缝等效强度和混凝土龄期之间呈现出复合指数相关关系。具体而言，椭圆诱导缝等效强度早期发展比较迅速，而后期强度发展比较缓慢。由此可见，椭圆诱导缝等效强度的增长规律和碾压混凝土强度的增长规律基本一致。
图3 椭圆诱导缝等效强度与消弱度拟合曲线
图4 椭圆诱导缝等效强度与龄期拟合曲线
2.3 椭圆简化模型的可靠性验证
试验采用杭州万高科技有限公司出品的WAW-3000C 型万能试验机，进行轴拉试验和数据采集。在试验机上安装试件，根据试验要求设置好控制模式和试验速度，试验中单步控制加载速度为0.4 MPa/min，保持匀速加载，直到试件中的诱导缝发生断裂破坏。数据采集项目包括：试件所承受的最大荷载；诱导缝尖端张开口的位移量。
表2 两种诱导缝等效强度误差计算结果
等效强度（MPa）40 mm×90 mm 7 J-1 0.498 T-1 0.533 7.03 40 mm×90 mm 14 J-2 0.773 T-2 0.831 7.50 40 mm×90 mm 28 J-3 1.192 T-3 1.278 7.21 40 mm×90 mm 60 J-4 1.349 T-4 1.440 6.75 40 mm×90 mm 90 J-5 1.405 T-5 1.505 7.12 55 mm×100 mm 7 J-6 0.465 T-6 0.492 5.81 55 mm×100 mm 14 J-7 0.744 T-7 0.784 5.38 55 mm×100 mm 28 J-8 1.147 T-8 1.214 5.84 55 mm×100 mm 60 J-9 1.279 T-9 1.349 5.47 55 mm×100 mm 90 J-10 1.340 T-10 1.415 5.60 70 mm×110 mm 7 J-11 0.428 T-11 0.435 1.64 70 mm×110 mm 14 J-12 0.689 T-12 0.700 1.60 70 mm×110 mm 28 J-13 1.034 T-13 1.046 1.16 70 mm×110 mm 60 J-14 1.163 T-14 1.180 1.46 70 mm×110 mm 90 J-15 1.234 T-15 1.247 1.05诱导片尺寸养护龄期（d）试件编号矩形诱导缝 椭圆诱导缝 等效强度误差（%）等效强度（MPa）试件编号
矩形诱导缝试件在不同龄期和消弱度与试件等效强度之间变化曲线见图1、图2。由图可知，在相同混凝土龄期条件下，矩形诱导缝的等效强度与诱导缝消弱强度之间呈显著的负相关关系，也就是消弱度越大，试件的等效强度就越小。在诱导缝的消弱度相同条件下，矩形诱导缝等效强度和混凝土龄期之间呈现出复合指数相关关系。具体而言，诱导缝等效强度早期发展比较迅速，在28 d 龄期时即可达到90 d 等效强度的85%左右。由此可见，诱导缝等效强度的增长规律和碾压混凝土强度的增长规律基本一致。
通电导体在磁场中运动，宏观上受到了安培力，探究其产生原理，则需要考虑导体中呈整体运动的电子受到磁场的作用而形成的合力，这种合力并不直接作用于导体本身，而是作用在微观态的单个电子上，因而并不是安培力的直接来源，在电子整体定向运动之前，更加无法描述其整体的合力究竟是朝向哪个方向。有必要对安培力和洛伦兹力做出必要的分析，并且从受力的物理意义上进行区分。
3 结论
通过试件模拟试验，对碾压混凝土拱坝中非穿透型矩形诱导缝、椭圆形诱导缝等效强度，分别与混凝土龄期、消弱度之间关系展开研究，得到以下结论：
（1）无论是矩形诱导缝还是椭圆诱导缝，其等效强度与诱导缝消弱度之间呈显著的负相关关系，也就是消弱度越大，试件的等效强度就越小；在诱导缝的消弱度相同条件下，诱导缝等效强度和混凝土龄期之间呈现出复合指数相关关系，诱导缝等效强度早期发展比较迅速，其增长规律和碾压混凝土强度的增长规律基本一致。
基本知识的掌握往往都是通过做题来实现的，但是题海战术并不是适合任何一门学科，实际上不管什么学科都不应该采用这种方式，在进行解题能力培养中应该重视问题的质量而不是数量.如果学生能够通过一道题进行举一反三，能够在一个题的基础上将其相关的所有可能性都考虑到了，那么只要出现类似的相关题目，即使之前没有遇到过也是可以解决的，这就是解题能力形成的标志.
（2）根据椭圆简化模型等效强度误差计算结果，椭圆形诱导缝和矩形诱导缝的等效强度试验结果误差均在8%以内，同时，随着诱导片尺寸的增加，误差呈现出明显减小的趋势，认为椭圆简化模型可以直接用于碾压混凝土拱坝诱导缝数值模拟分析研究，基本不需要进行修正。
[1]刘茜,张晓飞,张昕,等.基于温度应力仿真的碾压混凝土拱坝诱导缝开裂分析研究[J].水资源与水工程学报,2019,30(01):183-190+196.
[2]孔凡辉,黄元,花俊杰.下诱导缝上横缝的碾压混凝土拱坝分缝设计[J].人民长江,2018,49(20):55-59.
[3]李海枫,杨波,徐秀鸣.碾压混凝土拱坝诱导缝削弱面积比选取问题研究[J].水利水电技术,2018,49(09):80-86.
[4]李海枫,杨波,张国新,等.不同缝面形态下诱导缝开裂效果对比研究[J].水利学报,2017,48(10):1167-1174+1184.
[5]曾昭扬,马黔.高碾压混凝土拱坝中的构造缝问题研究[J].水力发电,1998(02):32-35+71.
[6]渠亚伟,宁利中,宁碧波,等.碾压混凝土拱坝诱导缝及其等效应力强度[J].黑龙江大学工程学报,2018,9(01):7-11.
[7]王怀亮,田平.基于界面塑性断裂模型的碾压混凝土诱导缝问题分析[J].水利与建筑工程学报,2016,14(04):97-101.
[8]万光义,吴银刚.某碾压混凝土拱坝诱导缝布置形式研究[J].人民珠江,2017,38(04):82-85.
[9]吴海林,吴龙,冉红洲,等.诱导缝对配筋混凝土试件拉伸试验的影响研究[J].水利水电技术,2015,46(10):130-132.
[10]徐宗超,王学志,毕重,等.碾压混凝土诱导缝断裂性能试验分析[J].混凝土,2011(03):55-58.
Equivalent Strength Test of Induced Joints in RCC Arch Dam and Reliability Study of The Simplified Elliptical Model
文章来源：《陕西水利》 网址: http://www.sxslzz.cn/qikandaodu/2020/0522/333.html