[发明专利]一种预测持续荷载作用后岩石-混凝土界面抗裂性能的方法

说明书

本发明属于混凝土重力坝安全性评定领域，提供了一种预测持续荷载作用后岩石‑混凝土界面抗裂性能的方法，该方法根据前期持载过程中岩石‑混凝土界面的试验结果标定界面两侧材料的粘弹性模型参数，结合本发明提出的断裂准则即可模拟出任意荷载水平、任意持载时间后岩石‑混凝土界面的起裂荷载，无需进行长期持载试验以及破坏试验。

技术领域

本发明属于混凝土重力坝安全性评定技术领域，涉及一种预测持续荷载作用后岩石-混凝土界面抗裂性能的方法。

背景技术

对于坐落在岩基上的混凝土重力坝，岩基与混凝土坝体的界面是一个薄弱环节。施工期间浇筑、养护不当以及服役期间荷载、环境作用使界面区极易产生初始缺陷，进而威胁混凝土重力坝的安全运行。对于岩基与坝体界面已有的裂缝，安全性评定的首要任务就是预测在各种荷载条件下的扩展路径及承载力安全储备。需要特别指出的是，坝体自身重力和迎水面水压力综合作用下的持续荷载是混凝土重力坝服役期间最常见的荷载形式。考虑到绝大多数混凝土重力坝长期在正常水位下工作，界面裂缝在该荷载水平作用下并未产生扩展。为了准确评估坝踵界面区服役期间的残余承载力，并且保证后期极端荷载作用下混凝土重力坝的安全运行，有必要研究低水平持续荷载作用下岩石-混凝土界面的断裂机理，进而预测持续荷载作用后岩石-混凝土界面的抗裂性能。

目前关于岩石-混凝土界面断裂机理的研究主要集中于准静态加载条件。在低水平持续荷载作用下(通常认为小于起裂荷载)，界面两侧材料发生粘弹性变形，界面裂缝尖端产生应力松弛的现象。此时，基于准静态断裂分析的研究成果无法分析持续荷载作用下岩石-混凝土界面的断裂机理。目前，尚未发现持续荷载作用下岩石-混凝土界面断裂机理的研究，尚未提出预测持续荷载作用后岩石-混凝土界面抗裂性能的方法。

发明内容

基于当前研究的不足，本发明提出一种预测持续荷载作用后岩石-混凝土界面抗裂性能的方法，能够解决混凝土重力坝服役期间坝踵界面区抗裂性能评估的技术问题。

本发明的技术方案：

一种预测持续荷载作用后岩石-混凝土界面抗裂性能的方法，步骤如下：

(1)进行准静态条件下岩石-混凝土界面直拉试验测定界面抗拉强度f_t，进行准静态条件下岩石-混凝土界面I型断裂试验测定试件起裂荷载起裂韧度以及裂尖核心区域内的平均弹性应变能密度上述裂尖核心区域为以裂尖为圆心半径为r_c的圆，r_c表达式如式(1)所示：

(2)进行持续荷载作用下岩石-混凝土界面I型徐变试验，其中持载水平P_sus小于静态条件下的起裂荷载持载时间不小于30天，且每天定期测定加载点位移δ；采用基于Bailey-Norton蠕变方程的粘弹性模型模拟岩石、混凝土的粘弹性特征；根据试验测定的岩石-混凝土界面加载点位移的时变曲线(δ-t曲线)，标定岩石、混凝土材料粘弹性模型中的参数(岩石粘弹性参数：C_r1、C_r2、C_r3；混凝土粘弹性参数：C_c1、C_c2、C_c3)。基于该粘弹性参数可得到并预测岩石-混凝土界面的粘弹性响应，并且计算持续荷载作用下裂尖核心区域内的平均弹性应变能密度随时间发展规律。

(3)将界面裂缝尖端核心区域内平均弹性应变能密度作为持续荷载作用下界面裂缝起裂的判定标准，提出持续荷载作用后岩石-混凝土界面断裂准则，表述如下：当持续荷载作用下残余的(定义为)与随后准静态加载过程中补充的(定义为)之和大于准静态条件下的起裂荷载对应的(定义为)时，界面裂缝产生起裂，该准则如式(2)-(4)所示：

界面裂缝不起裂； (2)

界面裂缝处于临界状态； (3)

界面裂缝起裂。 (4)