裂縫的高壓水力劈裂是混凝土高壩安全評估的重要部分。目前,重力壩水力劈裂的數(shù)值模擬絕大多數(shù)是二維的,對于壩體上游面經(jīng)常出現(xiàn)的豎直裂縫的三維水力劈裂的數(shù)值研究幾乎為零。本文提出一種應力-滲流-損傷耦合模型,用于混凝土重力壩三維水力劈裂的模擬。采用該耦合模型,模擬了一個內(nèi)置裂縫的圓柱體試件的水力劈裂,數(shù)值結果與試驗結果吻合很好,驗證了所提耦合模型的合理性。在此基礎上,采用該耦合模型,進行了國內(nèi)某混凝土重力壩三維水力劈裂的模擬,數(shù)值模擬得到的損傷區(qū)域與設計院根據(jù)安全監(jiān)測實測結果得到的范圍基本吻合。研究結果表明:本文耦合模型可以方便、有效地進行重力壩三維水力劈裂的模擬,評估表面裂縫的危險程度。 

【文章來源】：中國水利水電科學研究院學報. 2020,18(01)北大核心

【文章頁數(shù)】：11 頁

【部分圖文】：

高壓水劈裂試驗原理（單位：mm)

斷裂能GF的含義如圖1所示，為應力-裂縫寬度曲線與坐標軸圍成的面積，可表達為式（2）；單位開裂寬度的斷裂能gf的含義如圖2中陰影所示，為應力-應變曲線下降段與ε=ε0、橫坐標軸ε圍成的面積，可表達為式（3）。圖2 單位開裂寬度的斷裂能gf

有效應力概念應用于被單相流體浸潤的巖石、混凝土材料，可以看成太沙基有效應力原理應用于土體的推廣�；谟行υ恚珺iot首次引進一個標量參數(shù)，即Biot系數(shù)，反映孔隙水壓對有效應力的影響（Biot,1941,1955,1977)[27-29]。在文獻[28]中，孔隙率bi被定義為有效孔隙面積與橫截面Ai的比值。有效孔隙面積則被定義為在垂直于橫截面Ai的方向，單位長度所有微小孔隙面積的總和。孔隙率bi同樣可以代表孔隙體積（Vp）與代表體體積（Vb）的比值。在混凝土壩彈性分析中，通常假定含有孔隙的大壩混凝土是均質、各向同性的，因而經(jīng)常采用bi的一個各向同性值bx=by=bz=b0進行混凝土壩的彈性分析。對于土體的應力計算，通常取b0≈1。然而，對于彈性范圍內(nèi)混凝土的應力計算，取b0≈1則是不合理的，因為混凝土即使在即將破壞的狀態(tài)下，b0仍小于1。文中應力符號以拉應力為正。飽和孔隙介質的應力分解如圖3所示，作用在單元表面的總應力可以分解成兩部分：與內(nèi)部水壓力p相互平衡的外力bp和有效應力，單元的平均變形只與有效應力有關，可表示為：

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3106507