一种考虑水环境的混凝土坝结构面多轴加载方法技术

本发明专利技术公开一种考虑水环境的混凝土坝结构面多轴加载方法，利用水荷载加载装置模拟高压水头的作用；利用轴压加载装置对坝体轴线方向和竖直向的荷载施加，模拟坝肩岩体约束和坝顶机械设备、交通等荷载；利用反力试验台承载所有实验装置，便于轴压加载装置的安装、定位及提供反力；利用分布式光纤监测系统、远程微变监测装置监测在坝体加载过程中产生的局部应力应变、温度和整体位移。本发明专利技术对于混凝土坝在高压水头下的应力应变状态分析具有较好的适用性和准确性。的适用性和准确性。的适用性和准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑水环境的混凝土坝结构面多轴加载方法


[0001]本专利技术涉及混凝土水力劈裂模拟试验
，特别是涉及一种考虑水环境的混凝土坝结构面多轴加载方法。

技术介绍

[0002]混凝土是最常见的建筑材料之一，被广泛应用于土木、水利、道路、桥梁等领域。由于混凝土本身为多相复合材料，在浇筑成型后，界面过渡区已经存在大量随机分布的孔隙或微裂缝等原始缺陷。而且混凝土不可避免地受施工、温度、混凝土干缩、环境因素等的影响，导致原始缺陷容易发展成宏观裂缝，在坝体内外部形成薄弱结构面。当坝体遭遇高水头情况时，高渗透水压作用极易使混凝土薄弱面进一步发育、扩展延伸，形成宏观大裂缝，从而产生水力劈裂现象，降低坝体的承载能力，缩短使用寿命。鉴于此，研究真实水环境下含弱面混凝土损伤演化机理对建造高质量、不产生裂缝的大坝具有重要意义。
[0003]现阶段，在水力劈裂模拟试验上对混凝土薄弱面施加水荷载的方式有以下几种：
[0004]一、当采用厚壁圆柱试样开展室内混凝土水力劈裂试验时，水荷载以轴压和围压的方式作用于混凝土试件，存在如下缺陷：无法真实反映实际工程中混凝土结构初始裂缝受渗透水压作用发生水力劈裂现象；受试样形式的限制不能有效观测劈裂的过程。
[0005]二、当采用楔入劈拉试样开展室内混凝土水力劈裂试验时，水荷载作用于预留的裂缝面上，存在如下缺陷：对水密封装置的要求较高，一旦有一个接触面密封效果不好，则无法开展高水压下混凝土构件水力劈裂试验；受水密封装置的限制，无法开展复杂应力下混凝土构件水力劈裂试验研究。
>[0006]鉴于此，为进一步研究混凝土构件水力劈裂问题，极大程度上模拟真实水环境下水荷载对混凝土薄弱面的作用，有必要设计提出一种新的考虑水环境的混凝土坝结构面多轴加载方法。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种考虑水环境的混凝土坝结构面多轴加载方法，以解决上述现有技术存在的问题。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种考虑水环境的混凝土坝结构面多轴加载方法，具体包括以下步骤：
[0009]步骤一、坝体实验模型制备
[0010]根据工程资料，确定坝体实验模型尺寸及各工况下荷载大小、地质状况，定制相应模具并通过浇注得到坝体实验模型，并在坝体实验模型的重点监测位置预埋高敏感度光纤；
[0011]步骤二：安装加载装置
[0012]得到坝体实验模型后，在上游坝面安装水荷载加载装置，在坝体实验模型的待测位置布设分布式光纤，预埋高敏感度光纤和分布式光纤均连接到分布式光纤监测系统上，
并利用轴压加载装置对坝体实验模型进行约束固定；
[0013]步骤三：开始实验
[0014]步骤二完成后，首先通过分布式光纤监测系统采集未加载前预埋高敏感度光纤和分布式光纤的温度、应力应变作为基准值；
[0015]开始加载后，分布式光纤监测系统根据设置的数据采集间隔，自动记录实验过程中预埋高敏感度光纤和分布式光纤的温度、应力应变变化；
[0016]加载结束后，对分布式光纤监测系统采集到的数据进行分析处理，得出结论。
[0017]优选的，所述坝体实验模型包括坝基和坝体，所述预埋高敏感度光纤预埋在所述坝体的坝踵及预制裂缝处，所述分布式光纤铺设在坝体的坝肩及下游坝面处；所述坝基底部设置有反力试验台，所述轴压加载装置和所述坝基均固定在所述反力试验台上。
[0018]优选的，所述水荷载加载装置包括稳压水箱、高压比例泵、稳压水管、可变压水缸、调节阀、压力表和压缩空气源；所述稳压水箱安装在所述坝体上，所述稳压水管与所述稳压水箱连通，所述调节阀和所述压力表用于控制和调整所述稳压水箱中的水压，所述高压比例泵设置在所述可变压水缸与所述稳压水管之间，所述高压比例泵用于调节所述可变压水缸中水压。
[0019]优选的，所述坝体上开设有密封槽，所述密封槽内设置有密封件，所述稳压水箱与所述坝体通过所述密封件进行密封。
[0020]优选的，所述轴压加载装置包括反力桁架、反力墙、伺服作动器和伺服控制系统，所述反力桁架和所述反力墙均固定安装在所述反力试验台上，沿所述坝体轴线方向设置有侧向加载头，所述侧向加载头铰接在所述反力墙上，沿所述坝体竖直方向设置有顶部加载头，所述顶部加载头固定在所述反力桁架上，所述侧向加载头和所述顶部加载头的端部均安装有可伸缩、可拆卸的垫片，所述伺服作动器用于为所述侧向加载头和所述顶部加载头提供动力，所述伺服控制系统用于控制所述伺服作动器。
[0021]优选的，所述反力试验台上有远程微变监测装置，所述远程微变监测装置包括后处理系统和固定安装在所述反力试验台上的高速相机，所述高速相机用于记录加载过程中所述坝体的整体变形，所述后处理系统用于对所述高速相机记录的数据进行分析。
[0022]优选的，所述坝体实验模型尺寸、荷载加载大小基于重力相似准则确定，具体为：
[0023]长度比尺：
[0024]流速比尺：
[0025]流量比尺：
[0026]时间比尺：
[0027]力的比尺：
[0028]压强比尺：λ
P
＝λ
ρ
λ
L
[0029]功比尺：
[0030]式中：原型中的物理量注以角标“P”，模型中的物理量注以角标“M”；L为长度；v为流速；Q为流量；t为时间；F为力；W为功。
[0031]优选的，浇筑坝体实验模型时，在所述坝体上预制裂缝。
[0032]优选的，布设所述分布式光纤时，采用环氧树脂胶按“U”形回环式将所述分布式光纤粘贴在所述坝体实验模型被测区域上；所述分布式光纤两端与所述分布式光纤监测系统连接采用熔接机连接，并用OTDR测试仪检测分布式光纤是否连接正常，并确定熔接损耗率。
[0033]与现有技术相比，本专利技术公开了以下技术效果：
[0034]1)改进了以往水荷载加载装置无法反应真实水荷载的作用，采用该装置可开展不同应力状况、不同高压水头下的中小型混凝土结构承载状况分析、变形分析等实验。
[0035]2)可根据实际工程状况按照相似准则浇筑等比例小模型，准确反映工程地质状况、荷载状况，对实际工程进行模拟分析，更贴近真实工况。
[0036]3)水荷载、轴向、竖向荷载采用微机控制，可根据不同工况及时进行调整，实现自由调节控制。荷载、应力、应变采集全程自动采集、保存。
附图说明
[0037]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0038]图1为本专利技术整体结构示意图；
[0039]图2为本专利技术分布式光纤粘贴示意图；
[0040]图3为本专利技术水荷载加载装置平面示意图；
[0041]图4为本专利技术加载装置、分布式光纤监测本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑水环境的混凝土坝结构面多轴加载方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤一、坝体实验模型制备根据工程资料，确定坝体实验模型尺寸及各工况下荷载大小、地质状况，定制相应模具并通过浇注得到坝体实验模型，并在坝体实验模型的重点监测位置预埋高敏感度光纤；步骤二：安装加载装置得到坝体实验模型后，在上游坝面安装水荷载加载装置，在坝体实验模型的待测位置布设分布式光纤，预埋高敏感度光纤和分布式光纤均连接到分布式光纤监测系统上，并利用轴压加载装置对坝体实验模型进行约束固定；步骤三：开始实验步骤二完成后，首先通过分布式光纤监测系统采集未加载前预埋高敏感度光纤和分布式光纤的温度、应力应变作为基准值；开始加载后，分布式光纤监测系统根据设置的数据采集间隔，自动记录实验过程中预埋高敏感度光纤和分布式光纤的温度、应力应变变化；加载结束后，对分布式光纤监测系统采集到的数据进行分析处理，得出结论。2.根据权利要求1所述的考虑水环境的混凝土坝结构面多轴加载方法，其特征在于，所述坝体实验模型包括坝基和坝体，所述预埋高敏感度光纤预埋在所述坝体的坝踵及预制裂缝处，所述分布式光纤铺设在坝体的坝肩及下游坝面处；所述坝基底部设置有反力试验台，所述轴压加载装置和所述坝基均固定在所述反力试验台上。3.根据权利要求2所述的考虑水环境的混凝土坝结构面多轴加载方法，其特征在于，所述水荷载加载装置包括稳压水箱、高压比例泵、稳压水管、可变压水缸、调节阀、压力表和压缩空气源；所述稳压水箱安装在所述坝体上，所述稳压水管与所述稳压水箱连通，所述调节阀和所述压力表用于控制和调整所述稳压水箱中的水压，所述高压比例泵设置在所述可变压水缸与所述稳压水管之间，所述高压比例泵用于调节所述可变压水缸中水压。4.根据权利要求3所述的考虑水环境的混凝土坝结构面多轴加载方法，其特征在于，所述坝体上开设有密封槽，所述密封槽内设置有密封件，所述稳压水箱与所述坝体通过所述密封件进行密封。5.根据权利要求2...

【专利技术属性】
技术研发人员：李庆斌，胡昱，王娟，王海龙，孙可，许修铭，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：