岩基上重力坝坝踵断裂准则及尺寸效应试验研究 ——基于无网格法计算和模型试验

论文摘要

岩基上混凝土坝踵区的开裂问题，一直以来都是水工坝体设计所关注的问题之一，而本文针对基于岩基上的混凝土重力坝的坝踵断裂准则进行了试验研究，并且通过模型试验对其尺寸效应进行了一定程度的探讨。本文利用复变函数数解法，推导了异弹模V形切口问题的应力表达式，并且求解了满足边界条件的特征方程组，用牛顿迭代法求解了这一非线性方程组的解。求得了基岩和混凝土弹模比不同的情况下的特征根，推导出重力坝坝踵附近应力及位移表达式。由应力分量的表达式，可以看出，坝踵区的应力具有奇异性。在此基础上重新定义了异弹模V形切口的应力强度因子，用无网格法由应力外推法计算了试件的无量纲应力强度因子。在计算试件三十多种不同受力组合以后，在此基础上选定了具有代表性的七种受力状态的坝型试件，这些试件在坝踵区的应力强度因子比值均不同。用以上试件进行了坝踵区岩石与混凝土结合面初裂准则的试验研究，测定了坝型试件结合面初裂的断裂韧度，并且得到了临界断裂曲线，得到了临界断裂曲线经验公式：并应用不同比例的坝型试件，研究了在变比例的情况下对坝型试件的断裂韧度及无量纲应力强度因子的尺寸效应。以上结论可以用于混凝土重力坝坝踵初裂时的断裂分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 国内重力坝坝踵断裂准则试验研究现状
• 1.3 本文的研究思路和主要工作
• 1.3.1 本文的研究思路
• 1.3.2 本文的主要工作
• 2 基础理论
• 2.1 断裂力学简介
• 2.1.1 断裂力学起源
• 2.1.2 应力强度因子理论
• 2.2 断裂韧度及断裂判据
• 2.2.1 应力强度因子K准则及能量释放率G准则
• 2.2.2 J积分准则及J积分与应力强度因子K的关系
• 2.2.3 复合型断裂断裂准则
• 2.3 应力强度因子的各种计算方法
• 2.4 混凝土断裂力学的发展
• 2.4.1 混凝土断裂力学起源
• 2.4.2 混凝土断裂力学发展和现状
• 2.5 关于平面型V形切口问题
• 2.6 混凝土重力坝踵断裂问题研究现状
• 3 坝踵应力分析与公式推导
• 3.1 基岩上混凝土坝坝踵的应力分析
• 3.1.1 基本公式推导
• 3.1.2 特征方程根
• 3.2 重力坝坝踵近场应力及位移表达式
• 3.3 异弹模V形切口尖端的应力强度因子的定义
• 4 无网格法计算
• 4.1 无网格法简介
• 4.2 无网格法的发展和现状
• 4.3 无单元伽辽金法及其数值计算实现
• 4.3.1 无网格伽辽金方法简介
• 4.3.2 基本方程及其数值实现
• 4.4 计算结果
• 5 断裂准则试验研究
• 5.1 试验设计
• 5.2 试验概况
• 5.2.1 试件制作
• 5.2.2 加载及反力,测量系统
• 5.3 试验结果,计算及分析
• 5.3.1 无量纲应力强度因子计算
• 5.3.2 临界断裂曲线及经验公式
• 5.3.3 尺寸效应分析
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录