本发明专利技术提供一种拉压状态下混凝土构件高压水劈裂模拟实验设计方法，包括如下步骤：一：制备一混凝土试件，在该试件中构建一裂缝，该裂缝与外界连通；二：对有裂缝的所述试件施加设定的恒拉力或恒压力；三：向该裂缝中注水，施加水压，直至使得试件被劈裂。本发明专利技术还提供制作混凝土试件的装置。本发明专利技术提供的方法，通过对设定裂缝的试件进行注水加压实验，能够得到混凝土中的裂缝在承受高压水下劈裂的水压数据，实验方法简单，却能用来研究拉压状态下混凝土构件的水力劈裂问题。为国内混凝土坝设计规范提供水力劈裂方面的合理建议，保证混凝土坝坝体更安全和设计结构更合理。本发明专利技术提供的制作混凝土试件的装置结构简单，构建裂缝适合实验要求。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于水利大坝模拟实验
，提供一种模拟拉压状态下混凝土构件发 生水力劈裂的方法，适用于研究混凝土结构发生水力劈裂的机理和规律，也可用于探索减 小水力劈裂的方法。本专利技术还提供所述实验方法中使用的装置。
技术介绍
水力劈裂是水流在岩体或混凝土的间隙内运动与周围固体变形耦合的过程，表现 为高压水流将岩体或混凝土内已有的裂隙和空隙驱动扩张、扩展、相互贯通等。水力劈裂问 题的实质是具有高势能的高压水对岩体或混凝土的破坏。水力劈裂起源于石油天然气行业，已被广泛的应用于油气井的增产。油气主要从 岩层中开采，所以目前对岩石水力劈裂的机理研究相对较多。在水利界，水力劈裂在土石坝 中的作用也较早的引起了人们的重视。这是伴随着一系列严重事故开始的，如美国的特顿 坝(Teton)、挪威的海特尤维坝(Hyttejuvet)、英国的巴德海特坝(Balderhead)等。近年来，我国在建和拟建一大批高坝，水力劈裂问题再次成为水利水电行业研究 的热点课题。但我国对水力劈裂的研究集中在坝基的裂隙岩体方面，混凝土坝体方面还很 少。然而混凝土坝体存在发生水力劈裂的可能。例如混凝土重力坝，坝高已达200m级，混 凝土拱坝已达300m级，加之混凝土坝表面不可避免地会出现裂缝，都给水力劈裂的发生提 供了条件。深入研究混凝土坝坝体的水力劈裂问题具有一定意义。例如国内重力坝规范规 定，重力坝应满足无拉应力准则和抗滑稳定。有学者研究表明，较之瑞士大狄克逊重力坝 (285m)设计准则，我国规范设计的重力坝断面明显要小，分析原因，与前者考虑高坝的高压 水劈裂等因素有关。目前，已有学者采用混凝土楔形劈裂试件和圆柱形的无应力混凝土试件对混凝土 的水力劈裂问题进行研究。然而，实际工程中混凝土构件的水力劈裂问题复杂。例如，混 凝土坝由于温度、施工和混凝土干缩等因素的影响，坝体表面不可避免地存在裂缝，裂缝的 形式多样，如水平缝、竖直缝等。裂缝所处的工况也很复杂，如无应力缝、受压缝、受拉缝等。为了进一步研究混凝土构件的水力劈裂问题，需要设计一种拉压状态下混凝土构 件高压水劈裂模拟实验方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于改进现有技术的不足，提供一种模拟拉压状态下混凝土构件高 压水劈裂的方法。本专利技术另一个目的在于提供一种上述实验设计方法中制作试件所用的装置。本专利技术的目的是这样实现的本拉压状态下混凝土构件高压水劈裂模拟实验设计方法包括如下步骤步骤一制备一混凝土试件，在该试件中构建一裂缝，该裂缝与外界连通；步骤二 对有裂缝的所述试件施加设定的恒拉力或恒压力；步骤三向该裂缝中注水，施加水压，直至使得所述试件被劈裂。记录试件劈裂时的水压。在步骤二中，在所述裂缝中施加水压时，水压优选以阶梯式方式逐渐增加，在每一 个水压数值阶梯，维持压力一设定时间，再提高水压到下一个阶梯数值。所述裂缝的厚度为1 3mm为宜。所述裂缝太薄成缝困难，裂缝太厚则与坝体上 的实际裂缝相差远，且不利于缝的保护，因为太厚的缝容易使水泥进入缝内。为了使得对试件加水压的数值有一个可参考的范围，可以在制备带有裂缝的混凝 土试件的同时再制造一些同样材料的无裂缝试件，并测定其力学参数(例如抗拉强度、抗 压强度等)。再根据所测出的力学参数，通过有限元计算法，计算出带有裂缝的所述试件开 裂时的水压力，然后进行所述的步骤三。在模拟受拉裂缝的水力劈裂模拟实验设计方法中，带有裂缝的所述试件的长度优 选大于lm，同时构建的所述裂缝距离实验时拉应力施加部位的距离在500mm以上。这样，可 以使得裂缝附近几乎不受两端应力集中的影响。在所述步骤一中制备带有裂缝的所述混凝土试件，其具体方法包括如下步骤步骤A 制作成缝构件切割两块形状和大小相同的圆形片体，作为两个成缝片，两成缝片上下相叠，对齐 放置，在下的所述成缝片上打穿两个通水孔；两块片体相对的表面上，其中之一上设有一凸 起支撑块，另一个上相对应位置上设一凹坑，使得支撑块可插设在凹坑中，通过支撑块固定 使两成缝钢片沿径向不能相互移动，而沿法向能自由分开；两片成缝片之间设垫片，使得两 个所述片体中间具有一间隙；在两成缝片的周圈蒙设覆盖物，将所述间隙的侧面封闭；还准备有通水管路，所述通水管路包括两个相互隔开的通水管，两个通水管的一 端分别与所述成缝片上开设的两个通水孔相连，形成所述成缝片间的间隙与所述试件的外 部连通的通道；再准备一固定构件，该固定构件为一板体，将所述成缝片和通水管路设置在该固 定构件上形成所述成缝构件；步骤B 安装成缝构件并浇注混凝土(如下的步骤择一使用)其一，在步骤A中所述的固定构件上安装锚杆，然后将成缝构件放入一个一端敞 口另一端封闭的钢模下部固定。在成缝片周围罩一个内径略大于成缝片的小铁桶，其目的 是当浇注混凝土时保护成缝片四周的覆盖物不被振坏。浇注混凝土，并小心振捣，当混凝土 浇注到小铁桶下缘时，随着混凝土的升高，铁桶也相应上提，混凝土将成缝片淹没一定厚度 后，撤掉小铁桶。继续浇注，待钢模浇注满后，立刻用铁锤将所述钢模的一个其上带有若干 锚杆的上盖砸入混凝土中。此方法制成的试件适用于受拉状态下混凝土构件高压水劈裂模 拟实验。其二，将步骤A中所述的成缝构件放入一个一端敞口另一端封闭的钢模下部固 定。在成缝片周围罩一个内径略大于成缝片的小铁桶，其目的是当浇注混凝土时保护成缝 片四周的覆盖物不被振坏。浇注混凝土，并小心振捣，当混凝土浇注到小铁桶下缘时，随着混凝土的升高，铁桶也相应上提，混凝土将成缝片淹没一定厚度后，撤掉小铁桶。继续浇注， 待钢模浇注满后，将钢模上表面抹平即可，无需加盖。此方法制成的试件适用于受压状态下 混凝土构件高压水劈裂模拟实验。在上述实验方法中，制作试件的装置包括一个钢模和一套成缝构件。所述成缝构 件主要包括用以构成裂缝的刚性成缝件、固定构件和通水管。所述成缝件中具有间隙，以构 成试件中的缝隙，所述通水管连接所述成缝件的间隙，使得其与外界连通；在所述固定构件 的朝向所述钢模内腔的一侧固设所述刚性成缝件，所述固定构件与所述钢模固定，且使得 所述成缝构件在所述钢模中设定位置定位。具体的，所述钢模为一端敞口一端封闭的圆筒形钢模。具体的，所述刚性成缝件主要是由两块圆形钢片组成。两块钢片平行相叠，中间设 垫片，使之间留有间隙。在其中一块钢片上设有两个孔洞与所述间隙连通，再将两条相互隔 开的通水管分别与两个孔洞相连，两条通水管的另一端与试件外面相连，形成所述钢片间 的间隙与所述试件的外部连通的通道。该两块钢片的定位结构是，在两钢片沿其表面的法 线方向即相互靠拢的方向定位，在相反方向可自由分开，该两块钢片沿其表面的切线方向 固定即不能有相对位移。为实现这一定位结构，具体的，可在两块钢片相对的表面上，其中之一设置一个凸 起支撑块，另一个的对应位置上设一个与所述支撑块的截面积匹配的凹坑，使得支撑块可 插设在凹坑中，通过支撑块的固定使两钢片沿径向不能相互移动，而沿法向能自由分开。具体的，所述固定构件为一块直径与钢模内径相同的圆钢板。该钢板朝向所述钢 模内腔的一侧固设所述刚性成缝件及所述通水管。该钢板与所述钢模固定。上述装置适用于受压状态下混凝土构件高压水劈裂模拟实验。具体的，在所述固定构件的与设置所述成缝片同一侧面上可拆分地设置锚杆；所 述钢模的该本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种拉压状态下混凝土构件高压水劈裂模拟实验设计方法，其特征在于包括如下步骤：步骤一：制备一混凝土试件，在该试件中构建一裂缝，该裂缝与外界连通；步骤二：对有裂缝的所述试件施加设定的恒拉力或恒压力；步骤三：向该裂缝中注水，施加水压，直至使得所述试件被劈裂。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：贾金生，冯炜，汪洋，常凊睿，郑璀莹，李新宇，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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