碾压混凝土坝越冬层面温度损伤开裂机理研究

Roller compacted concrete dam is good for fast construction speed and low cost. It still has a strong competitive advantage in dam construction, however crack of overwintering level effects and restricts roller compacted concrete dams’ application and development in cold area. Temperature load is one of large concrete structure’s main loads, and concrete cracking damage of temperature change can not be ignored. Therefore, concrete damage and fracture model without considering temperature’s influence is not able to meet computing needs. The project builds RCC temperature damage and fracture model using micro view mechanical method, considering the effect of temperature changes on RCC damage and fracture, making initial cracking damage threshold as fracture initiation criterion and unstable fracture toughness as crack unstable fracture and expand criterion. Using this model to do RCC dam overwintering level damage numerical simulating calculation in cold area, study damage and fracture process of overwintering level, reveal the crack mechanism and put forward proper crack prevention measures. The research has great significance for RCC dam overwintering level’s mechanism from the initial crack damage to macroscopic crack generated to crack instability propagation failure in cold area. This study also provides theoretical foundation and technical support for RCC dam overwintering level crack prevention in cold area.

碾压混凝土坝施工速度快、造价低，在坝工建设中极具优势，然而越冬层面的开裂影响和制约着碾压混凝土坝在严寒地区的应用与发展。温度荷载是碾压混凝土坝最主要的荷载之一，温度变化对碾压混凝土的损伤开裂绝不能忽视。本项目利用微细观力学研究方法，考虑温度变化对碾压混凝土损伤和断裂的影响，以起裂损伤阈值作为裂缝起裂判据，以失稳断裂韧度作为裂缝失稳扩展判据，建立碾压混凝土温度损伤断裂模型。采用该模型，考虑碾压混凝土的徐变、自生体积变形，越冬层面的施工长间歇，以及环境温度的复杂变化，进行严寒地区碾压混凝土坝越冬层面损伤开裂数值仿真计算，研究分析越冬层面损伤开裂过程，揭示越冬层面开裂机理，并提出合理的防裂措施。本项目研究对于揭示严寒地区碾压混凝土坝越冬层面从初始微裂损伤到宏观裂缝生成至裂缝失稳扩展破坏的机理有重要意义，为严寒地区碾压混凝土坝越冬层面防裂提供理论基础和技术支撑。

碾压混凝土坝施工速度快、造价低，在坝工建设中极具优势，然而越冬层面的开裂影响和制约着碾压混凝土坝在严寒地区的应用与发展。温度荷载是碾压混凝土坝最主要的荷载之一，温度变化对碾压混凝土的损伤开裂绝不能忽视。.本项目建立碾压混凝土粗骨料与胶凝料组成的物理模型，运用厚壁薄圆环热应力理论得到粗骨料和胶凝料内的温度应力，根据变温过程中胶凝料内产生的拉应力与同龄期抗拉强度相比判别胶凝料内是否产生微裂纹；根据断裂力学裂缝稳定理论，分别得到温升与温降时微裂纹的失稳、扩展的规律。采用该模型，考虑碾压混凝土的徐变、自生体积变形，越冬层面的施工长间歇，以及环境温度的复杂变化，进行严寒地区碾压混凝土坝越冬层面温度应力数值仿真计算，研究分析越冬层面损伤开裂过程，揭示越冬层面开裂机理。提出基于热-结构耦合壳单元的大体积混凝土表面保温计算方法，对严寒地区某碾压混凝土重力坝表面及越冬层面的保温进行仿真计算，得出表面保温对碾压混凝土表面及越冬层面的影响效应；采用升温水管来缩小越冬层面上、下层碾压混凝土的温差，减小越冬层面混凝土的温度应力，并运用热流管法计算升温水管的升温效果；在越冬层面一定高程内采用微膨胀混凝土，利用微膨胀混凝土的延迟微膨胀性来补偿越冬层面上部混凝土收缩变形受下部强约束而产生的应力，分析得出微膨胀混凝土对严寒地区碾压混凝土重力坝越冬层面应力改善的效应；在越冬层面上、下游侧设置水平人工短缝，采用接触单元模拟人工短缝的特性，得出人工短缝对严寒地区碾压混凝土重力坝越冬层面温度应力的释放效应。.本项目研究对于揭示严寒地区碾压混凝土坝越冬层面从初始微裂损伤到宏观裂缝生成至裂缝失稳扩展破坏的机理有重要意义，为严寒地区碾压混凝土坝越冬层面防裂提供理论基础和技术支撑。