静水压力环境下混凝土裂缝扩展长度试验研究
王建敏 ’，徐世娘
(1．大连渤海检测有限公司 ，辽宁 大连 116021；2．浙江大学 建筑工程学院 ，浙江 杭州 310027)
摘 要 ： 昆凝土裂缝扩展一直是1一程界研究 的热 门课题 ，而水压下 昆凝土裂缝扩展的研究对 于混凝 土坝 的安全运行有着极为重要 的作
用 。摹于此背景 ，开展 了大 型混凝土试件在水压装置作用下 的裂缝扩张长度 的研究 ，通 过全桥应变连接 的试验方法 和双 K断裂理论 ，分别
得到 了裂缝扩展长度 ，并根据对应长度计算 r失稳断裂韧度和黏聚断裂韧度。结果表明裂缝扩展长度在两种方法下的误差较小 。断裂韧度的
最大误差相对较大 ，但平均误差仍在工程允许 范围内。
关键 词 ： 裂缝 扩展 ；双 K断裂 ；断裂韧度
中图分 类号 ： TU528．01 文献标志码 ： A 文章编号 i 1002—3550(2011)08—0042—03
Experim ental study on crack propagation on hydrostatic pressure circum stance
WANG Jian-min 。X U Shi-lang
(1．Dalian Bohai Construction Quality Inspection Co．，Ltd．，Dalian 1 16021，China；
2．College ofCivilEngineering andArchitecture，ZhejiangUniversity，Hangzhou 310027，China)
Abstract： It is im portant to study the crack propagation under hydrostatic pressure because of the dam collapse by plenty of cracks in hydraulic
concrete．Hence he length of crack propagation is compared to the experimental value by full·bridge strain gauges，which are widely used for the
simplicity and facility．Furthermore the unstable fracture toughness and cohesion fracture toughness．It is concluded that the experim ental results are
larger than the calculation because the crack in the interior is ahead of the surface．However the average error is approximately meet the require—
mentinthe engineeringpractice，andthe experim entalmethods canbeusedinthewaterpressureforthelim itation ofcalculation．
Key w ords： crack propagatio；double—K fracture criterion；fracture toughness
0 引言
在 混凝 土断裂力学研究 中 ，裂缝 的断裂过程 区的长度始终
是研 究者关心 的重要 课题之一 。自从 1961年 Kaplan进行 的混
凝 土断裂韧 度试 验ll_开 创 了混凝 土断裂力 学研究 以来 ，经过半
个 多世 纪的研究 ，混凝 土裂缝依 然是研 究的重要 课题 ，因为混
凝 土非均 匀多相 体系的材料 特性 ，在制 作 、施工 以及 使用等 一
系列过程 中不可避免地会 出现一些微小的裂缝或其他 缺陷 ，这
些 裂缝 或缺陷会 在某种应力 状态下 逐渐扩 展成构件 的断裂破
坏 。并且对 于水压下运 行 的?昆凝 土 ，在地震 或循环荷 载作用 下
的水工结 构 ，压力水进 入裂缝 ，使 得混凝 土的所能 承受 的荷 载
明 显减小 ，很 多混凝 土坝在安 全运行期 就发生 了溃坝事故 。因
此监测水工混凝 土在 运行 期内的裂缝扩展情况 ，根据扩展 长度
预测在各种条件 下的扩展 路径以及危险程度 ，可以在进一 步扩
展达到溃坝前采取控制措施 ，防止重大事故的发生。但是由于
水压力作用下的混凝土断裂试验难度非常大，装置较为复杂，
凶此国外只是少数学者开展过这方面的试验研究。Saouma课
题组对不同水压下扩展裂缝中水压力分布进行了研究口-41。国内
的很多学者主要从数值模拟理论方面进行了研究。为此，开展
水压下 混凝 土裂缝长度 的试验研究 ，计算参数模型 就有 其实 际
意 义。
1 试 验 概 述
试验采用 楔人式紧凑拉伸试 件 ，见图 1(a)，由于试验水 压
密封难度大 的问题 ，试验 中采用j层水压密封 ，即在试件表面
粘贴橡胶板 ，之后再用钢板和球角钢架进行加 固密封 ，保证试件
在高水压下不渗漏 。具体尺寸见图 1(b)，试件厚度均为 200mm。
试验采用 混凝 土一次性 浇筑 完毕 ，配合 比为水泥：砂 ：石 子：水 =
1：2．17：3．29：0．52。水泥采用大连小野 田水泥厂生产 的 P·O 32．5级水
泥 ，粗骨 料为青碎石 ，最 大粒径 为 30 mm；细骨料为 河砂 ，最大
粒径 为 5 mFfl。
2 全桥 应 变片的布置与测量
应变片的布置示意图见图 1(C)，自裂缝尖端开始向下标 记，
强度等级为 1、2、3……。每对应变片的垂直设定 间距 为 20 mm，
南于粘贴 的误差 ，在试验之前 ，重新测量真实距离 。裂缝扩展长
度 的测量方法如下 ：设某一对应变片距加载点 的距离 为 n，初始
缝 长为 a0，则 裂缝的扩展长度 △ 0_铷。在加载初期的一段 时间
内 ，应变 随着荷载 的增 长呈 线性增加 ，能量不断积聚 ，在应变 达
到最大值后 ，应变 开始回缩 ，能量得到释放 ，这说明裂缝 已扩 展
至此应变片处 ，此时最大应 变值所对应 的荷载 即为裂缝扩展 △“
时的荷载值 ，为此 我们可根据每一对应变片监测裂缝 的扩 展过

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