基于混凝土干湿分区和损伤理论的大坝剩余寿命跟踪预测研究

混凝土坝体施工、蓄水和运行是一个复杂而历时较长的过程,在这个过程中坝体会受到温度、湿度、荷载等多因素影响,材料会产生损伤(即性能劣化),混凝土材料的强度、刚度及抗力会随损伤累积而衰减，最终导致结构的性能和寿命降低，甚至发生破坏。目前大坝损伤多集中从材料本身研究损伤问题，而施工期、蓄水期和运行期从整体结构力学角度考虑损伤研究偏少，特别是蓄水后混凝土结构因水位变化出现材料干湿分区现象未得到足够重视,现有的相关研究很少考虑混凝土干湿分区带来的材料劣化效应,而通常将坝体的混凝土当作干燥或者饱和两种极端材料处理,这显然与实际情况不符。工程实践中迫切需要对已有损伤的坝体结构进行整体评价，利用现代信号处理及系统分析技术，避开传统损伤研究方法，通过三轴试验较系统地研究干湿混凝土损伤破坏机理，找出干、湿混凝土损伤劣化的演变规律并建立损伤模型，提出现役结构剩余寿命预测方法，为大坝可持续发展与管理提供理论依据。

混凝土坝体施工、蓄水和运行是一个复杂而历时较长的过程，在这个过程中坝体会受到温度、湿度、荷载等多因素影响，材料会产生损伤（即性能劣化），混凝土材料的强度、刚度及抗力会随损伤累积而衰减，最终导致结构的性能和寿命降低，甚至发生破坏。目前大坝损伤多集中从材料本身研究损伤问题，而施工期、蓄水期和运行期从整体结构力学角度考虑损伤研究偏少，特别是蓄水后混凝土结构因水位变化出现材料干湿分区现象未得到足够重视，现有的相关研究很少考虑混凝土干湿分区带来的材料劣化效应，而通常将坝体的混凝土当作干燥或者饱和两种极端材料处理，这显然与实际情况不符。工程实践中迫切需要对已有损伤的坝体结构进行整体评价，利用现代信号处理及系统分析技术，避开传统损伤研究方法。本项目综合运用现代试验技术、有限单元法、断裂力学、损伤力学、神经网络等方法结合混凝土大坝材料特点、荷载工况及结构特征，综合考虑大坝结构所承受的各种影响因素，以材料试验和模型研究为核心，深入探讨考虑混凝土干湿分区和损伤的大坝剩余寿命跟踪预测关键技术问题。通过在大坝内部长期实测取样测量大坝混凝土孔隙水饱和度数据，建立孔隙水饱和度与空气湿度的关系。根据大坝所在地多年平均湿度来判定大坝混凝土干湿情况，初步假定孔隙水饱和度小于当地多年平均湿度就认为混凝土处于干燥，否则认为混凝土处于饱和状况，为后期大坝数值模拟分区提供依据。因大坝所受荷载在很大程度上具有周期性特点，类似于循环荷载特点，所以研究大坝混凝土疲劳损伤是合适的。本课题在干湿混凝土的疲劳测试中，提取出混凝土材料的损伤参数（时间的函数），实时监测损伤过程，为损伤的宏观分析和量测提供直观、有效、快捷的数值度量和描述。本课题基于Hsieh-Ting-Chen四参数模型和前面试验所得的损伤参数就可以构造四参数损伤边界面函数。