多因素耦合作用下混凝土面板堆石坝面板性能演化研究

Concrete face slab is the lifeline of concrete face rockfill dam. The special thin plate structure、complex stress path、well-developed fractures and complex working environment make concrete face slab easy to suffer from durability issues such as freezing-thawing damage or reinforcement corrosion. However there is less research on durability of concrete face slab and no explicit design indexes of durability and evaluation standard of durability at present. Thus, the research of performance evolution of concrete face slab in the period of its long-term service is of great significance..In this research, concrete face slab is selected as study object. Based on the holistic idea of “laboratory experiment-mechanism analysis-evolution model”, the study of performance evolution of concrete face slab under stress、fractures、freeze-thaw action and reinforcement corrosion action will be carried out. This study will help to reveal the evolution mechanism of concrete face slab under coupled effects of multi-factors. Quantitative relationship between the indexes of durability of concrete face slab and its microstructure will be established. The ultimate goal was to build an evolution model of concrete face slab. Which will provide theoretical basis for durability design and long-term safe operation of concrete face slab.

混凝土面板是面板堆石坝的生命线，其特殊的薄板结构、复杂的应力路径、裂缝发育及复杂的工作环境等使其在长期服役过程中易发生冻融损伤及钢筋锈蚀等耐久性问题，影响大坝的长效安全。目前，针对面板堆石坝混凝土面板的耐久性研究不多，混凝土面板没有明确的耐久性设计指标和耐久性评价标准。因此，研究混凝土面板在服役过程中的性能演化特性具有重要意义。.本项目以面板堆石坝混凝土面板为研究对象，基于“室内实验-机理分析-演化模型”的整体研究思路，开展混凝土面板在复杂应力路径、裂缝、冻融损伤及钢筋锈蚀耦合作用下的性能演化研究；揭示多因素耦合作用下混凝土面板的性能演化机理；建立混凝土面板耐久性指标与微细观结构间的量化关系；最终构建面板混凝土的性能演化模型，为混凝土面板耐久性设计和长效安全运行提供理论基础。

混凝土面板是面板堆石坝的生命线，其特殊的薄板结构、复杂的应力路径、裂缝发育及复杂的工作环境等使其在长期服役过程中易发生冻融损伤及钢筋锈蚀等耐久性问题，影响大坝的长效安全。项目将采用现场调查、实验研究、理论研究相结合的研究方法，围绕服役环境下混凝土面板的性能演化问题开展研究。研究不同冻融制度下以及不同粉煤灰掺量对面板混凝土的抗冻性能演化规律。采用宏观试验与微观检测相结合、室内试验与数值模拟相结合方式，对比分析不同冻融循环次数、不同钢筋锈蚀量条件下混凝土宏观、微观性能演化规律。开展了面板混凝土单一冻融试验、单一碳化试验以及冻融和碳化共同作用的试验，对比研究单一因素及共同作用下面板混凝土的劣化规律。设计了单一冻融循环、单一干湿循环、先干湿后冻融循环和先冻融后干湿循环试验对面板混凝土进行损伤试验，分析在不同作用形式下面板混凝土的劣化规律，建立了对应的面板混凝土的损伤模型，探究了单一作用与协同作用下面板混凝土的损伤关系。采用多尺度方法分别建立水泥净浆微观结构模型、水泥砂浆微观结构模型、混凝土材料细观结构模型和混凝土宏观结构模型间的定量联系关系，实现跨尺度模型间等效材料参数的传递。提出了多因素耦合作用下混凝土结构的冻融损伤分析方法，并在此基础上分析混凝土面板堆石坝面板在服役期内的冻融损伤规律。为混凝土面板的耐久性设计、服役寿命预测及长期安全性评价提供科学依据。